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煤礦安全技術服務信息管理系統
發布時間：2023-07-08 09:44
摘 要 I
目 錄 IV
圖清單 VIII
表清單 XI
1緒論 1
1.1研究背景及意義 1
1.2國內外研究現狀 2
1.3主要研究內容和創新點 4
1.4論文章節安排 5
2煤礦安全技術服務信息管理系統關鍵技術研究 7
2.1開發技術簡介 7
2.2基于并行交叉多隊列的流程重構方法研究 9
2.3基于 C4.5 的人力資源決策模型 13
2.4基于BP神經網絡的煤礦安全態勢研究 16
2.5小結 19
3煤礦安全技術服務信息管理系統架構設計 21
3.1需求分析 21
3.2系統架構設計 27
3.3可行性分析 30
3.4小結 30
4煤礦安全技術服務信息管理系統設計方法研究 31
4.1系統設計目標 31
4.2系統功能設計 31
4.3數據庫設計 41
4.4小結 46
5煤礦安全技術服務信息管理系統實現 47
5.1系統開發環境 47
5.2用戶登陸功能實現 47
5.3系統管理模塊實現 48
5.4文件管理模塊實現 51
5.5技術服務報告發放管理模塊實現 52
5.6技術培訓信息管理模塊實現 53
5.7煤礦安全態勢預測模塊實現 55
5.8小結 56
6結論與展望 57
6.1結論 57
6.2展望 57
參考文獻 59
作者簡歷 64
學位論文原創性聲明 65
學位論文數據集 66
Contents
Abstract II
Contents VI
List of Figures VIII
List of Tables XI
1Introduction 1
1.1Research Background and Significance 1
1.2Research Status at Home and Abroad 2
1.3Main Research Content 4
1.4Chapter Arrangement 5
2Research on Key Technology of Coal Mine Safety Technology Service Information Management System 7
2.1Introduction to Development Technology 7
2.2Research on Technical Service Report Process Reconstruction 9
2.3Human Resource Decision Model based on C4.5 13
2.4Research on Coal Mine Safety Situation based on BP Neural Network 16
2.5Summary 19
3The Architecture Design of Coal Mine Safety Technology Service Information Management System 21
3.1Demand Analysis 21
3.2System Architecture Design 27
3.3Feasibility Analysis 30
3.4Summary 30
4Research on Design Method of Coal Mine Safety Technology Service Information Management System 31
4.1System Design Objectives 31
4.2System Functional Design 31
4.3Database Design 41
4.4Summary 46
5Coal Mine Safety Technology Service Information Management System Implementation 47
5.1System Development Environment 47
5.2User Login Function Implementation 47
5.3System Management Module Implementation 48
5.4File Management Module Implementation 51
5.5Implementation of Technical Service Report Issuing Management Module 52
5.6Implementation of Technical Training Information Management Module 53
5.7Implementation of Coal Mine Safety Management Efficiency Prediction Module 55
5.8Summary 56
6Conclusions and Prospects 57
6.1 Conclusion 57
6.2Prospects 57
References 59
Author's Resume 64
Declaration of Thesis Originality 65
Thesis Data Collection 66
圖清單
圖序號 圖名稱 頁碼
圖1-1 論文內容及結構 5
Figure 1-1 Contents and structure of the paper 5
圖2-1 SpringMVC執行流程和原理圖 7
Figure 2-1 SpringMVC execution flow and schematic diagram 7
圖2-2 B/S架構圖 9
Figure 2-2 B/S architecture diagram 9
圖2-3 技術服務報告發放流程框圖 10
Figure 2-3 Flow chart of technical service report distribution 10
圖2-4 技術服務報告流程重構模型 11
Figure 2-4 Technical service reporting process reconfiguration model 11
圖2-5 TaskFlow1的權重時間對應圖 11
Figure 2-5 The corresponding figure of weight time of TaskFlow1 11
圖2-6 技術服務報告流程實現 12
Figure 2-6 Technical service reporting process implementation 12
圖2-7 基于C4.5的煤礦人力資源決策模型實現流程 15
Figure 2-7 Realization process of human resource decision-making model in coal mine based on C4.5 15
圖2-8 培訓學員完成度的決策樹評估 15
Figure 2-8 Decision tree evaluation of trainee completion 15
圖2-9 BP神經網絡結構 16
Figure 2-9 BP neural network structure 16
圖3-1 用戶管理模塊用例圖 22
Figure 3-1 User Management Module Use Case Diagram 22
圖3-2 角色管理模塊用例圖 23
Figure 3-2 Role Management Module Use Case Diagram 23
圖3-3 部門管理模塊用例圖 23
Figure 3-3 Department Management Module Use Case Diagram 23
圖3-4 崗位管理模塊用例圖 24
Figure 3-4 Use case diagram of post management module 24
圖3-5 菜單管理模塊用例圖 24
Figure 3-5 Menu management module use case diagram 24
圖3-6 文件管理模塊用例圖 25
Figure 3-6 File management module use case diagram 25
圖3-7 技術服務發放管理模塊用例圖 25
Figure 3-7 Use case diagram of technical service delivery management module 25
圖3-8 技術培訓信息管理模塊用例圖 26
Figure 3-8 Use case diagram of technical training information management module 26
圖3-9 煤礦安全態勢預測模塊用例圖 27
Figure 3-9 Use case diagram of coal mine safety situation prediction module 27
圖 3-10 總體架構設計圖 28
Figure 3-10 Overall architecture design drawing 28
圖 3-11 基本網絡架構圖 28
Figure 3-11 Basic network architecture diagram 28
圖 3-12 系統整體功能架構圖 29
Figure 3-12 Overall functional architecture diagram of the system 29
圖4-1 登錄流程圖 31
Figure 4-1 Login flow chart 31
圖4-2 登錄類圖 32
Figure 4-2 Login class diagram 32
圖4-3 登錄時序圖 32
Figure 4-3 Login sequence diagram 32
圖4-4 角色管理實現類圖 33
Figure 4-4 Role management implementation class diagram 33
圖4-5 角色管理時序圖 34
Figure 4-5 Sequence diagram of role management 34
圖4-6 文件管理實現類圖 34
Figure 4-6 file management implementation class diagram 34
圖4-7 文件管理時序圖 35
Figure 4-7 File Management Timing Diagram 35
圖4-8 技術服務報告審批流程圖 36
Figure 4-8 Technical service report approval flow chart 36
圖4-9 技術服務報告發放類圖 37
Figure 4-9 Technical service report distribution class diagram 37
圖 4-10 技術服務報告申請時序圖 37
Figure 4-10 Timing diagram of technical service report application 37
圖 4-11 技術服務培訓活動過程設計 38
Figure 4-11 Process design of technical service training activities 38
圖 4-12 C4.5決策樹系統實現類圖 39
Figure 4-12 System implementation class diagram of C4.5 decision tree 39
圖 4-13 生成JSON字符串的系統實現類圖 39
Figure 4-13 System implementation class diagram for JSON string generation 39
圖 4-14 人力資源決策樹的系統實現時序圖 40
Figure 4-14 Timing diagram of human resource decision tree system implementation 40
圖 4-15 BP神經網絡安全態勢預測流程圖 40
Figure 4-15 BP neural network security situation prediction flow chart 40
圖 4-16 四川安全中心人員信息實體屬性圖 41
Figure 4-16 Personnel information entity attribute diagram of sichuan security center 41
圖 4-17 編外人員信息實體屬性圖 41
Figure 4-17 Outliers Information Entity Attribute Diagram 41
圖 4-18 技術服務信息實體屬性圖 42
Figure 4-18 Attribute diagram of technical service information entity 42
圖 4-19 技術培訓信息實體屬性圖 42
Figure 4-19 Entity attribute diagram of technical training information 42
圖 4-20 角色信息屬性圖 42
Figure 4-20 Role information attribute diagram 42
圖 4-21 部門信息實體屬性圖 43
Figure 4-21 Department information entity attribute diagram 43
圖 4-22 權限信息實體屬性圖 43
Figure 4-22 Attribute diagram of permission information entity 43
圖5-1 系統登陸界面 47
Figure 5-1 System login interface 47
圖5-2 管理員系統主界面 48
Figure 5-2 Main interface of administrator system 48
圖5-3 用戶管理模塊界面 48
Figure 5-3 Staff management module interface 48
圖5-4 角色管理模塊界面 49
Figure 5-4 Role management module interface 49
圖5-5 部門管理模塊界面 49
Figure 5-5 Department management module interface 49
圖5-6 崗位管理模塊界面 50
Figure 5-6 Position management module interface 50
圖5-7 菜單管理模塊界面 50
Figure 5-7 Menu management module interface 50
圖5-8 API文檔界面 51
Figure 5-8 API document interface 51
圖5-9 文件管理模塊界面 51
Figure 5-9 File management module interface 51
圖 5-10 技術服務報告發放管理界面 52
Figure 5-10 Technical service report issuing management interface 52
圖 5-11 技術服務報告記錄界面 52
Figure 5-11 Technical service report recording interface 52
圖 5-12 技術培訓基本信息管理界面 53
Figure 5-12 Technical service report recording interface 53
圖 5-13 培訓學員參與率決策樹 55
Figure 5-13 Decision tree for trainee participation rate 55
圖 5-14 西南地區部分煤礦事故原因比例圖 55
Figure 5-14 Proportion chart of the cause of some coal accidents in southwest China 55
圖 5-15 煤礦安全投入導致的事故占比率對比圖 56
Figure 5-15 Comparison chart of the proportion of accidents caused by coal mine safety investment 56
表清單
表序號 表名稱 頁碼
表2-1 基礎信息文件 13
Table 2-1 Basic Information File 13
表2-2 技術培訓類別開設計劃文件 13
Table 2-2 Technical training category opening plan document 13
表2-3 統計信息文件 13
Table 2-3 Statistics 行le 13
表2-4 關于缺乏煤礦安全投入的事故發生率數據預測表 18
Table 2-4 Forecast table of accident rate data on the lack of coal mine safety inputs 18
表2-5 模型識別表 19
Table 2-5 Model identi行cation table 19
表3-1 用戶管理模塊需求 22
Table 3-1 User management module requirements 22
表3-2 不同用戶的文件管理模塊需求分析 24
Table 3-2 Demand analysis of file management module for different users 24
表3-3 不同用戶技術服務報告管理需求分析 26
Table 3-3 Demand analysis of technical service report management of different users 26
表3-4 技術培訓信息管理需求分析 26
Table 3-4 Analysis of technical training information management needs 26
表4-1 t user數據庫表 44
Table 4-1 t user database table 44
表4-2 t coaluser數據庫表 44
Table 4-2 t coaluser database table 44
表4-3 t techServeInfo 數據庫表 45
Table 4-3 t techServeInfo database table 45
表4-4 t techTrainInfo 數據庫表 45
Table 4-4 t techTrainInfo database table 45
表4-5 t role數據庫表 45
Table 4-5 t role database table 45
表4-6 t dept數據庫表 45
Table 4-6 t dept database table 45
表4-7 t permission數據庫表 46
Table 4-7 t permission database table 46
表5-1 系統開發環境配置表 47
Table 5-1 System development environment configuration table 47
表5-2 并發性能測試結果 53
Table 5-2 Concurrent performance test results 53
表5-3 決策樹根節點和各分支葉節點關系表 54
Table 5-3 Relationship table of decision tree root node and each branch leaf node 54
1緒論
1Introduction
1.1研究背景及意義（Research Background and Significance）
煤炭是我國最重要的自然資源之一。2020 年，煤炭占我國一次能源消費的 58%，即使在發展方式綠色轉型階段仍將作為我國的主要能源，在生產生活中扮 演著重要的角色。然而，由于煤炭資源的不可再生性，淺表區域的開采量已經無 法滿足需求，需要向煤礦的更深處進行挖掘，加大開采難度的同時，增加了安全 事故發生的可能性［1］。
根據煤礦安全網的數據統計，2020 年上半年西南地區的煤礦企業共發生 18 起事故，傷亡人數達 35 人，其中運輸事故 2 起，頂板事故 4 起，機電事故、爆 炸事故和異常涌水事故各1 起，其他事故共8 起，安全形勢仍十分嚴峻。通過調 研分析發現，事故發生的原因主要包括職工違章作業、管理人員違章指揮、工作 環境和設備設施不安全等方面，因此，加大煤礦安全技術服務和人員技術培訓具 有重要的意義。
四川安全監管局（四川煤監局）安全技術中心，簡稱四川安全技術中心，作 為我國西南地區最大的煤礦安全管理技術服務機構，負責保障西南地區煤礦企業 的安全生產，并針對煤礦地質條件復雜、開采工藝設備相對落后、從業人員素質 偏低等問題，為煤礦企業提供一系列的安全技術服務和人員技術培訓。然而，現 有的安全技術服務管理系統存在信息化水平不高、管理水平相對落后、科學決策 能力不強等問題，提供安全技術服務和組織人員技術培訓需要調用大量的人員和 物資。隨著各煤礦企業在安全技術服務和人員技術培訓等方面需求量的日益增大， 同時考慮到資金、人力、效率等多方面因素，現有的系統已經無法滿足業務需求， 需要開發新一代的煤礦安全技術服務信息管理系統。
本文以四川安全技術中心技術服務管理信息化課題為背景，針對現有流程中 技術服務報告的形式和申請手段單一、高并發下流程易擁堵、人員結構調整缺乏 決策支持等問題展開研究，其研究意義如下：
（1） 針對四川安全技術中心的技術服務報告不易保存、形式單一、信息化 水平較低等問題，設計并搭建以安全技術服務和人員培訓管理為核心的煤礦安全 技術服務信息管理系統，實現安全技術服務報告的電子化，提高技術中心的信息 化管理水平；
（2） 針對技術培訓數據冗雜的問題，設計人力資源決策模型，增強企業管 理人員的執行效率，降低組織管理的難度和風險，在一定程度上實現“減負、降
本、增效”的目的；
(3)針對西南地區的煤礦安全生產問題，設計煤礦安全態勢預測模型，對 西南地區各煤礦的事故數據統計分析，并對煤礦安全態勢進行預測，以便安全中 心及時制定或調整安全技術服務規劃，最大程度保障采礦人員的安全，減少煤礦 事故的發生。
1.2國內外研究現狀(Research Status at Home and Abroad)
1.2.1國內研究現狀
在流程管理的具體應用方面，黃斌和滕奇龍等［2］分析了企業供應鏈管理系統 的特點，采用協同工作流技術設計了用于企業供應鏈管理系統集成平臺的工作流 管理系統。徐俊英和劉艷等［3］構建了以工作流技術和 Web 服務技術為基礎的動 態工作流模型，結合 SpringMVC 和 JBPM 兩大框架，開發了基于面向服務的體 系結構的工作流管理系統，實現與原始信息系統的通信，集成了多個獨立的內部 應用程序。董超和趙崇沖［4］針對任務重用和工作流資源集等問題，提出了 DOMDM 算法，實現了從傳統工作流數據庫到 SDWMO 本體的數據轉換，建立 了工作流程貝葉斯網絡模板，設計了實現算法的OBWD平臺，節省了工作流設 計人員的大量時間，并在空間碎片緩解領域的工作流管理得到應用。孔勝利，賈 寅和丁文勝等［5］針對“智能園區”概念的建設需求，提出了應急物資管理的綜合 流程，涵蓋了包括采購，存儲，檢查，維護和轉運等緊急供應方面，以上海化學 工業園區為例，根據現行管理提出了應急供應儲備管理系統，闡述了供應品在應 急活動中的作用，加強了化學園應急中心的中心地位。
在通用流程管理系統領域，國內已有一些突出的進展，例如杭州微宏科技有 限公司開發的AlphaFlow BPM［6］涵蓋從流程設計、執行、管理、優化的各個方面 完整的流程生命周期支持，它具有智能、融合SOA、靈活、協作、移動和穩定等 優點。華騰公司的Topbpm［7］工作流引擎具有適應性強、功能齊全、帶有金融行 業特征等優點，大大提高了用戶的工作效率。清華同方推出的eBuilder［8］,以框 架為基礎，以組合組件為手段，實現了組件之間的統一管理、即插即用、相互通 訊、協同工作，提高了信息工作平臺的搭建速度。
在決策預警研究方面，梁翠翠和李濤等［9］針對傳統決策理論粗糙集模型存在 的人工參數過多、計算復雜、決策冗余等問題，構造了基于構造覆蓋算法的直覺 模糊三路決策的多分類群體決策模型，通過灰色關聯精確加權法確定專家權重， 有效地實現了群體決策的一致性，推導了決策過程和規則，擴展了三路決策模型 及其實際應用價值和范圍。丁龍和袁紅平等［10］使用博弈論模型調查了制造商的 RFID 采用決策與第三方的灰色營銷決策之間的相互作用，并研究了競爭強度對 企業利潤和決策的影響。研究發現，RFID縮小了第三方灰色營銷的范圍，競爭 強度在影響第三方灰色營銷決策中起著重要作用。王煥杰和袁世華等［11］提出了一 種深度強化學習方法來處理無人地面車輛在復雜高速公路交通環境中的戰術駕 駛，深度強化學習方法以動態交通信息為輸入并輸出典型的戰術駕駛決策作為行 動，建立并微調了卷積神經網絡，描述了有助于決策的交通特征學習的制作過程， 開發了深層網絡模型在學習具有挑戰性的戰術駕駛決策方面的潛力。姚明珠和王 東根等［12］針對如住房、車輛所有權和短期活動行程的長期決策，開發了一個基于 群體決策的時間分配方法的綜合模型，并投入應用校準參數，加深了對家庭空間 分布、家用汽車擁有量水平和個人活動旅行模式的了解。梁毅和權大勇等［13］為了 保持系統性財務風險的底線并防止重大風險，研究了多源異構數據融合算法和清 理技術，利用大數據分析的信息技術手段，建立了風險監測和預警平臺，實現了 科學的經濟決策制定，為追蹤國家經濟安全中的經濟風險來源提供了便利。尹新 哲和李京華等［14 ］設計了一種基于改進的遺傳和BP混合算法以及神經網絡的經濟 預警系統，闡述了宏觀經濟預警理論體系中預警指標體系的設計、預警模型的建 立、預警體系的建立等問題，深入分析了 BP神經網絡和自適應變異遺傳算法的 理論方法，探討了 BP 神經網絡和自適應變異遺傳算法實現宏觀經濟預警的可行 性，建立了改進的遺傳BP混合算法和神經網絡經濟預警模型。
1.2.2國外研究現狀
國外的研究學者對流程管理進行了大量的研究。其中，Kumar M S和Tomar A Tomar 等［15］提出了一個基于優先順序排序的集成熵權法的云環境中工作流調 度算法，實現了制造時間、成本和能量消耗的最小化和可靠性的最大化，降低了 生產成本和能耗。Weerasinghe A和Wijethunga K等人［16］介紹了將任務群集引入 新體系結構模型的 SwarmForm 開源分布式工作流管理系統，實現了用戶根據工 作流的性質選擇任務執行和群集執行的功能，減少了開銷，提供了比現有分布式 工作流管理系統更好的性能。Ouldkablia ME和Kechar B［17］等以業務流程管理為 基礎，提出了一種用于物聯網智能過程調度網關的語義運算符，實現了對物聯網 連接對象之間循環數據流的管理，驗證了基于物聯網智能過程調度網關的運營商 方法。Teslyuk A和Bobkov S等［18］提出了用于科學實驗的數據處理工作流程的設 計，測試了單粒子成像實驗的數據集，輕松構建了工作流程適用于各種應用的多 樣化體系結構，統一集成了異構軟件，并展示了設計方案的適用性，并估計了平 臺中間件的開銷。Thabet R和Boufaied A等［19］針對捕獲臨床過程的復雜性引入 了一個新的基于ADOxx建模平臺實現的BPRIM的風險感知業務流程管理框架， 該框架允許識別和分析與復雜藥物使用過程相關的藥物錯誤風險，并在實際案例 研究中進行了測試。Kaplar S和Zari M等［20］在文中介紹了一種以實現可擴展工 作流管理系統為目的的NewWave工作流引擎，該引擎簡化了應用程序業務邏輯 的規范和實現，使得用戶可以創建動態適應流程模型，以達到促進業務邏輯靈活 性的目的。Abid Sohail和P.D.D.Dominic等［21 ］使用基于流程倉庫的資源評估方法 來改進業務流程，展示如何從基于過程倉庫的方法中提取信息，并且將該方法生 成的信息用于資源管理。Xiaorui Wei和Yangping Li［22］采用工作流模型和基于角 色的流程，開發了一個科研項目管理協同信息系統，實現了項目管理的自動化， 并且能夠適應復雜協同工作的要求。
在決策方面，Herrera-Viedma E和Palomares I等［23］介紹了近50年中開發的 主要模糊和語言決策趨勢，綜述了主要的模糊集理論和決策信息的基于詞的表示 范例的計算方法，審查了多準則決策、團隊共識驅動的決策以及多人多準則決策 三大核心決策框架，針對未來研究中決策的關鍵指導原則進行了思考。Grubbstrm R W［24］比較并分析了 John W. Pratt和Kenneth J. Arrow提出的兩種基本風險偏好 措施，引入了風險規避杠桿來測量絕對風險規避對財富的依賴關系，使用了相似 杠桿對應的風險偏好函數，提出了使用零杠桿表達式估算不同確定性貨幣當量的 方法。Ezadi S和Allahviranloo T等［25］針對語言決策問題，提出了一種基于Z數 的多準則決策方法，并將該決策算法應用到了決策制定過程中，證明了所提方法 的有效性。Ezzati S和Palma C D等［26］以道路維修分配決策為背景開發了一種具 有成本效益的通用方法，評估了現有道路狀況，使用了集體決策方法以主觀的方 式確定道路維修制度，通過將專家意見與運營成本相結合的方式來制定整數規劃 模型，解決了各種地形條件下空間知情的道路決策問題。
在預警方面，Nal H T和Baifti F等囚】實現了在機載預警和控制系統上調度 機組人員的進化算法，并提出了一種使用遺傳算法的新方法，該遺傳算法具有特 殊的編碼策略和針對該問題的改進的遺傳運算，最大程度地提高了戰斗準備水平 并最小化運營成本。Venkateswaran N和Hans W J等［28］提出了一種新穎的基于單 眼視覺的具有范圍預測的前向碰撞警告系統，有效地估計了車輛之間的距離及其 相對速度，可以非常準確地對碰撞進行預測。
國內外學者和企業對流程管理和決策預警進行了大量的研究，但在煤礦安全 方面還有所欠缺。而現有的通用流程管理系統和決策預警系統存在系統過大、針 對性不強的問題，很容易出現水土不服的情況。本文針對四川安全技術中心技術 服務和人員培訓的業務流程，進行信息化建設，實現流程的重構，提高業務流程 的運轉效率，增強流程管理的決策和預警能力。
1.3主要研究內容和創新點( Main Research Content)
本課題根據煤礦企業對技術服務報告和人員素質的需求，通過結合四川安全 技術中心現有的技術服務報告發放流程和人員培訓的管理現狀，提出了技術服務
報告流程重構方案、人力資源決策樹分析模型和煤礦安全態勢預測模型，開發煤 礦安全服務信息管理系統。本文的主要研究內容和創新點如下：
（1） 從企業業務管理的規范化和信息化的需求出發，構建系統管理功能模 塊，對企業和系統的組織架構、用戶信息、文件信息、部門信息、技術服務報告 記錄查詢等企業日常事件進行管理，增強企業基本信息的可維護性和便捷性。
（2） 重構技術服務報告發放流程，針對多對一的單隊列串行模型存在的問 題，以ECRS方法為手段，重構技術服務報告發放流程，構建技術服務的并行交 叉多隊列混合式模型，增加技術服務的進出口，在節點處設置監督預警機制，提 高企業的緊急應變能力。
（3） 對技術培訓人員結構進行研究，以 C4.5 決策樹算法為基礎對技術培訓 過程中產生的數據進行計算分析，挖掘冗雜數據背后的規律和關聯關系，生成對 應的決策樹，為人員結構的層次調整提供決策支持。
（4） 對西南地區煤礦安全態勢的預測進行研究，采用西南地區部分煤礦的 事故數據，以 BP 神經網絡為算法基礎，將煤礦安全投入、人員素質和生產環境 等原因作為輸入節點、某一事故原因占比率為輸出節點，獲得準確率較高的預測 模型，分析各類因素對煤礦安全事故的影響程度，根據影響程度進行煤礦安全態 勢輔助決策，并將數據分析以柱狀圖或折線圖的形式進行可視化展示。
1.4論文章節安排（ Chapter Arrangement）
圖 1-1 論文內容及結構
Figure 1-1 Contents and structure of the dissertation
本文以煤礦安全技術服務信息管理系統為研究內容，提出煤礦安全技術信息 管理系統的建設策略和基本架構，闡述技術服務報告重構方案、技術培訓人員結 構決策和煤礦安全態勢預測模型，研究流程和數據處理流轉過程中的核心算法和 技術。最后，按照不同用戶對安全技術服務報告和技術培訓管理的需求差異，完 成了煤礦安全技術服務信息管理系統的開發研究。本文的章節安排如下：
第一章 緒論：闡述煤礦安全技術信息管理系統的背景和意義，總結流程管 理的國內外研究現狀，分析煤礦安全技術信息管理系統的研究內容，并介紹論文 的章節安排。
第二章 相關技術簡介：介紹煤礦安全技術服務信息管理系統開發部署過程 中用到的工具和相關技術。
第三章 流程重構與決策關鍵技術研究：首先針對技術服務的流程現狀進行 分析，設計技術服務報告發放流程的重構方案。然后借助C4.5決策樹對技術培 訓過程中的數據進行分類計算，并介紹決策模型的工作流程。最后基于BP神經 網絡搭建煤礦安全態勢預測模型。
第四章 系統需求分析與總體設計：針對不同用戶對煤礦安全技術信息管理 系統的需求，設計系統的總體架構、網絡架構和功能架構，并分析系統架構設計 的可行性。
第五章 系統設計：分別介紹系統設計目標、功能架構、底層數據結構以及 功能模塊和數據庫模塊。
第六章 系統實現：按照用戶的不同需求，基于系統的設計方案，構建煤礦 安全技術信息管理系統，并對系統管理、文件管理、技術服務報告發放管理、技 術培訓信息管理和煤礦安全態勢預測模塊的實際運行效果進行展示。
第七章 總結與展望：總結本文研究成果和內容，并對未來的研究重點方向 進行展望。
2煤礦安全技術服務信息管理系統關鍵技術研究
2Research on Key Technology of Coal Mine Safety Technology Service Information Management System
2.1開發技術簡介( Introduction to Development Technology)
(1)Layui 框架
本文采用 Layui 前端框架，該框架可以利用自身的模塊進行規范編寫，并可 以采用 HTML/CSS/JS 的書寫和組織形式［29］。相對于其他的前端框架， Layui 具 有豐富的組件庫和較低的入門門檻，比較容易上手。它遵守原生態的書寫規則， 在遵守 Layui 相應規范的前提下，就相當于在寫基本的 HTML、 CSS 代碼。用戶 可以在官方網站獲取Layui的官方文檔和代碼示例，也可學習事例的引用方法、 內置模塊和頁面元素的使用方法。
(2)Spring 框架
Spring［30］是一個基于JavaSE/EE的輕量級開源框架。該框架采用分層體系結 構，允許用戶選擇組件，并為J2EE應用程序開發提供集成框架。它以控制反轉 (IOC)和面向切面編程(AOP)為內核，支持依賴注入，實現針對接口編程，大大降 低代碼的污染［31］。Spring可整合項目中的其他框架(如SpringMVC、SpringBoot、 MyBatis)，以供WEB項目使用，并可通過操作數據庫進行事務管理。
圖 2-1 SpringMVC 執行流程和原理圖
Figure 2-1 SpringMVC execution flow and schematic diagram
3)SpringMVC 框架
MVC模式是是當下Web項目中常用的一種開發設計模式［32］，MVC其中的 M 代表模型 model(javabean)、V 代表視圖 View(jsp/img)、C 代表控制器 Controller(Action/servlet)［33］，控制器存在的意義是保證模型和視圖的一致性，當 模型中數據改變時，控制器可以將模型中的新數據更新渲染到視圖上［34］。 SpringMVC是一個內置Spring的MVC框架，包含了大量的視圖技術，可根據實 際需求進行靈活配置。 SpringMVC 執行流程和原理圖如圖 2-1 所示。
(4)SpringBoot 框架
SpringBoot 框架［35］是以 Spring 為基礎的一種全新的 Web 架構，它使用全新 的開發模型，避免冗雜的開發步驟和減少大量對xml文件的配置［35-37］,能夠讓開 發人員更專注解決功能需求，減少開發人員的開發時間，提高生產力［38］。 SpringBoot 中內嵌 Maven 插件，能快速構建 web 項目，不需要進行人工配置， 即可集成 Spring 生態系統。
( 5) MySql 數據庫
本文使用MySql數據庫。MySql將數據存儲在表中，并使用SQL語言訪問 數據庫。它的核心是多線程，支持大部分處理器，可充分利用CPU資源，并支 持多種類型的操作系統，具有較好的兼容性［39-40］°MySql數據庫的主要特點如下： 1、源代碼免費開放，用戶可根據需求更改開源代碼。2、為C語言、Java、PHP 和 Python 等多種編程語言提供 API。 3、可迅速地處理大型數據集。 4、支持多種 語言，多個用戶。5、使用標準的SQL數據庫語句。
( 6) MyBatis 框架
本文使用 MyBatis 框架操作數據庫。 MyBatis 框架是 J2EE 應用開發中的一 款支持自定義SQL、高級映射和存儲過程的持久層框架，具有自動映射的功能 ［41］。如果開發人員提供SQL和相應的映射規則，MyBatis可以對SQL進行動態 配置，有效地提高軟件產品的開發效率。 MyBatis 框架主要包括四個核心組件， 即構造函數、會話工廠、會話接口和映射器。會話接口和映射器是MyBatis最重 要的組件，會話接口是SqlSession，SQL是并發執行的。映射器由一個XML［42- 43］文件組成，即一個SQL模板和一個Java接口，它負責記錄映射規則、配置緩 存、保存與SQL相關的信息、動態SQL和會話事務控制。
(7)軟件系統架構
軟件系統體系結構主要分為B/S和C/S兩種模式，其中，B、S、C分別是 Browser、Server> Client的縮寫，即瀏覽器、服務器、客戶端。
C/S 結構［44］分為兩層：第一層是客戶端，它負責控制器和視圖兩部分，將用 戶界面和業務邏輯整合到客戶機系統里，安全性較高，通用性較差。第二層是服 務端，它負責模型部分，通過網絡將數據庫和服務器相結合，多個用戶可以共享 這部分的數據和功能。 系統若采用 C/S 架構，需將系統程序部署到服務端上，客 戶端下載和安裝專門的軟件，提高客戶端處理數據的速度。C/S結構在局域網中 應用較多也非常實用，但隨著用戶數量的增多，它的性能會有明顯的下降。
B/S結構［45］分為表現層、數據訪問層、業務邏輯層三層。表現層是Web瀏覽 器，主要負責頁面渲染，是用戶傳輸數據的接口［46］。業務邏輯層實現瀏覽器與數 據庫請求的交互傳輸，實現系統的功能需求，完成系統的邏輯設計［47］。數據訪問 層是服務器部分，主要負責操作數據庫，對數據表中的數據進行增加、刪除、修 改和查詢，然后將數據回傳到頁面顯示。 B/S 架構圖如圖2-2所示。
Web 數據庫服務器
圖 2-2 B/S 架構圖
Figure 2-2 B/S architecture diagram
根據系統的實際需求，本系統選擇B/S架構，具體原因如下：
（1） 本平臺基于SpringBoot框架進行開發，前端負責顯示頁面和數據信息， 后端負責保存數據和處理數據， B/S 架構更合適。
（2） 若采用 C/S 架構，用戶需要在本地下載并安裝相應軟件，不利于后臺 管理人員對系統的維護與升級，相比較而言， B/S 更具優勢，可以減少后臺管理 人員的工作量。
（3） C/S 架構一般適用于局域網，本系統面向的人群較廣，若使用 C/S 架 構，那么系統滿足不了用戶的性能需求，故而有較強分布性和共享性的B/S架構 比較合適。
2.2基于并行交叉多隊列的流程重構方法研究（Research on Technical Service Report Process Reconstruction）
本小節首先分析了現有煤礦技術服務報告發放管理系統的流程，為了解決現 有流程中多對一串行單隊列技術存在的問題，基于ECRS分析原則設計以多對多 和并行交叉為核心的流程重構方案。
2.2.1流程重構需求分析
用戶到現場申請技術服務，提交相關材料，企業和中心簽訂合同，中心員工 和企業人員進行交流了解企業的具體情況；然后派出專業技術人員前往現場進行 勘探并提出整改建議，收集企業原有的運行資料和管理資料。技術人員分析整理 原有資料，建立安全標準化體系，技術組留在現場指導整改，體系組會建立安全 標準化程序、一級和二級文件。繼而，中心技術人員和企業項目負責人對擬定的 安全標準化體系進行溝通和培訓，現場指導安全標準化體系運行。體系組指導管 理制度的運行、技術組指導執行各崗位安全規程和完善各記錄，然后進行內部評 審，撰寫安全標準化自評報告，最后將技術報告發放給煤礦企業。技術服務報告 發放流程圖如圖 2-3 所示。
圖 2-3 技術服務報告發放流程框圖
Figure 2-3 Flow chart of technical service report distribution
通過對業務流程進行分析發現，現有模型是多對一的串行單隊列模型，在流 程運轉過程時存在如下三方面的問題：
1） 申請技術服務的手段單一，各煤礦企業地點分散，操作比較麻煩。
2） 技術服務報告形式單一，現有的技術報告只有紙質版本，保存和攜帶不 易。
3） 當流程的并發數量較大時，若某一節點的操作不及時，容易造成整個流 程的癱瘓和堵塞。
2.2.2技術服務報告流程重構
（1）重構方法
ECRS[48]方法是一種能夠不斷優化原有工序的流程重構方法，從而提高業務 流程的生產效率oECRS是取消、合并、重排和簡化四個英文單詞的首字母縮寫， 以“E=> C=> R=> S”為順序基礎進行業務流程調整。該方法對現有流程的內容 和步驟進行簡化，縮短員工的操作時間、節省人力和降低費用，最終提高工作效 率。 ECRS 四個觀點具體分析如下：
1） 取消（Eliminate）：以流程業務的目的、價值和必要性為衡量標準，評估 業務是否有存在的意義，刪除沒有意義的環節。
2） 合并（Combine）:合并業務存在交叉的流程。
3） 重排（Rearrange）:從整體優化的角度出發，重新調整無法取消和無法 合并的流程環節，讓整個業務流程順序更加合理。
4） 簡化（Simple）:簡化流程的步驟和工作內容，或者采用有效的工具縮短 流程時間，減少人力成本。
（ 2）技術服務報告流程重構方案
本文針對現有的技術服務報告發放流程存在的問題，以ECRS方法為手段,
重構方案增加了技術服務的入口和出口。在入口方面，在原有技術服務的形 式和申請手段的基礎上，添加了電腦客戶端和手機移動端的申請方式；在出口上， 增加了技術服務報告的電子版，為申請者的領取、攜帶和保存提供便利。在流程 的運轉過程中，重構方案放棄原有流程的單隊列模式，采用并行交叉的多隊列混 合式模型，有效減少流程擁擠程度，提高流程的運轉效率；并在每個階段設置監 督預警機制，當流程中某節點堵塞時，會及時將情況反饋給監督機制負責人，負 責人會根據具體情況采取應急措施。
模型的具體算法流程如下所示：
當任務進入流程中后，存在三個任務隊列(TaskFlow),假設任務隊列中某一 任務權重為TW，其對應事件處理的時間為t,其中m為TaskFlowl的隊列長度， 具體對應情況如圖2-5 所示。
TW1 tw2 TW3 TW4 TW5 TW6 TWm
八 A A A 八 八 A
W V V V W W V
t1 t2 t3 t4 t5 t6 tm
圖 2-5 TaskFlow1 的權重時間對應圖
Figure 2-5 The corresponding figure of weight time of TaskFlow1
隊列任務的處理效率乃=1/t，假^fatige代表處理某一任務的疲勞度，則
fatige(i)=治 TWt (2-1)
在動態調整之前，處理整個任務隊列所用的疲勞度為
fatigetfi =器訕■ TWt (2-2)
其中，t/1為任務隊列1 (TaskFlowl)的縮寫，m為任務隊列1的長度。假 設TaskFlow2和TaskFlow3動態調整到TaskFlowl的任務個數分別為於、屜，那 么 TaskFlow1 的處理任務的總疲勞度為
fatigetfi =器1 時 TWU + Xt=i 忖 TW2i + 璉】曲叫 (2-3)
其中加為任務隊列1中第/個任務的處理效率。如、加為任務隊列2/任務 隊列3轉移到任務隊列1的第/個任務的處理效率。假設&為隊列動態調整的約束 因子，那么約束條件為
(lfatigetfi - fatigetf2l < &
< lfatigetfi - fatigetf31 < £ (2-4)
\\fatigetf2 - fatigetf3l < e
由式(2-4)可知，通過調整三個隊列的長度n，I，能夠達到各隊列處理 任務的疲勞度相對平衡。
同理，可以計算出 TaskFlow2 和 TaskFlow3 的疲勞度。
( 3)技術服務報告重構模型評價
本小節對交叉立體結構中的電腦客戶端模塊進行評價。當用戶發起技術服務 報告的申請，請求進入隊列，然后根據并發控制方法選取處理端，進行初審工作； 初審結束后，進入下一個終審流程，系統以同樣的方式選擇最優處理端；最后， 向用戶發放技術服務報告。在每一個流程節點處，設置監督預警機制，當流程堵 塞的時候，系統會將具體情況及時反饋給監督部門負責人，以便及時處理。具體 流程如圖 2-6 所示。
圖 2-6 技術服務報告流程實現
Figure 2-6 Technical service reporting process implementation
2.3基于C4.5的人力資源決策模型(Human Resource Decision Model based on C4.5)
隨著煤礦對人員素質要求的提高，參與安全技術培訓的人數越來越多。現有 的技術培訓管理已經無法滿足日常的需求，需要調整技術培訓管理部門的人員架 構和學員的招收政策。本文通過分析技術培訓過程中產生的數據，采用 C4.5 決 策樹構建人力資源決策模型，為人員結構調整提供決策支持。
2.3.1人員結構數據分析
模型以技術培訓過程中產生的數據作為第一數據源進行數據分析。數據文件
按照技術培訓類別分為開設計劃文件、基礎信息文件和統計信息文件等三大類。
表 2-1 基礎信息文件
Table 2-1 Basic Information File
信息內容 描述
技術培訓項目基本信息 記錄培訓項目每個類別的基本信息，包括培訓項目
名稱、項目功能描述和類別等級
教習人員基本信息 統計各個培訓項目教習人員的基本信息，包括姓
名、教習項目名稱、聯系方式、職位等信息
人員基礎信息 培訓項目參與者的基本信息，包括姓名、性別、年 齡、工種id、工種描述等人員信息
基礎信息文件包括技術培訓項目基本信息、教習人員基本信息、人員基礎信
息等，見表 2-1。技術培訓類別開設計劃文件包括技術培訓類別開設計劃、技術
培訓類別放棄計劃，見表 2-2。
表 2-2 技術培訓類別開設計劃文件
Table 2-2 Technical training category opening plan document
信息內容 描述
技術培訓類別開設計劃 記錄下一年度開設的技術培訓課信息
技術培訓類別放棄計劃 記錄下一年度廢棄的技術培訓課信息
統計信息文件包括人員培訓情況信息、未完成人員信息和完成度，見表2-3 表 2-3 統計信息文件
Table 2-3 Statistics file
信息內容 描述
記錄技術培訓項目的每個類別中的每個人，在培訓期間
未完成人員信息
記錄技術培訓項目的每一類別中的每一個未結業成員，
包括小考成績、最終成績等信息、未結業原因和時間
完成度 按照日、月、年等元素統計的完成學習的成員的信息
2.3.2基于C4.5的煤礦人力資源決策模型
（1） C4.5 算法決策樹理論介紹
C4.5決策樹［50-51 ］是一個不斷進行數據分割的過程，一個片段對應一個問題， 又對應一個節點（測試屬性）。每個片段之間都要求存在最大的“差異”，而“差” 是決策樹方法的主要衡量標準。
C4.5 算法產生基于信息增益比的遞歸決策樹的方法，其基本原理是：首先， 利用信息增益比找出具有最佳分類能力的測試屬性作為根節點；然后，對每個根 節點的屬性產生相應值的分支，并將訓練樣本安排在相應的分支下，即將樣本數 據劃分為與分支節點相關聯的多個子集；最后，對分支節點的每個關聯子集重復 此過程，選擇最佳的測試屬性進行新的劃分，直到所有子集只包含相同類型的數 據，至此，建立了決策樹。設D為樣本數據集，m為類的總數目，Pi為屬性i占據 計算總屬性的概率，則對D中元組進行分類的數學期望［52-53］（信息需求）為
E（D）=-君=iPilog2（Pi） （2-5）
若按照屬性4劃分D中的元組，且屬性4將D劃分成不同的類的數目設為u, 則
EA（D）=羅=1 器 X E（Dj） （2-6）
此時信息增益［54］定義為原來的信息需求（即僅基于類的比例）與新需求（即對 4劃分之后得到的）之間的差：
<5（4）= E（D） -Ea（D） （2-7）
分類信息類似于Ea（D）為
S（D）=―羅=1 晉 X /002（器） （2-8）
則信息增益率［55］定義為
附）=貓 （2-9）
此時便可以選擇具有最大增益率的屬性作為分裂屬性。
（2） 基于 C4.5 煤礦人力資源決策模型實現流程 技術培訓決策樣本被上傳到系統后，系統的決策模塊會讀取樣本數據，進行
樣本預處理，處理后數據會被傳輸到下一個階段。系統會計算出每個特征的信息 增益率，并選取當前樣本的分割特征，如果分割樣本不是全部滿足剪枝策略，則 提取未能滿足剪枝策略的樣本，重復進行以上操作，直至分割樣本全部滿足剪枝 策略，則C4.5決策樹構造結束，具體流程如圖2-7所示。
圖2-7基于C4.5的煤礦人力資源決策模型實現流程
Figure 2-7 Realization process of human resource decision-making model in coal mine based
on C4.5
( 3)煤礦人力資源預測決策樹模型評估 本模型輸入的樣本數據為某一培訓類別完成度的統計數據，將數據帶入算法 模型中，采用 C4.5 算法的分類規則，計算出各個特征的信息增益比，選取數據 的分割特征。
圖 2-8 培訓學員完成度的決策樹評估 Figure 2-8 Decision tree evaluation of trainee completion 培訓學員完成度的決策樹評估如圖2-8 所示。本部分選取樣本數據的根節點 為參與培訓人員的工齡(WorkAge)，選取參與培訓人員的年齡(Age)、性別(Sex) 和學歷(Education)作為決策樹的分支節點。在完成度的決策樹中，工齡以5年、 30年作為劃分節點分為三部分，性別分為男、女兩個節點，學歷以中專、大專、 大學、碩士和博士五個因素作為基礎進行劃分。決策樹結點處分為0K和NG兩 部分，表示是否可行。
2.4基于BP神經網絡的煤礦安全態勢研究(Research on Coal Mine Safety Situation based on BP Neural Network)
通過對模型驅動的定性綜合打分方法［56］、指標體權重系構建方法、依據投入 產出理論的數據包絡分析方法［57］以及數據驅動的貝葉斯網絡［58］、人工神經網絡 ［59-61］的優缺點分析，本文將數據驅動的人工神經網絡與煤礦安全態勢預測相結合， 構建了 BP神經網絡的煤礦安全態勢預測模型，實現了對煤礦事故原因占比率的 預測，為安全管理提供決策支持。
2.3.1BP 神經網絡
BP (Back-Propagation)神經網絡［62-66］是一種通過調整閾值和權值使誤差逆 向傳播的網絡模型。在不清楚數據的輸入-輸出關系模型的前提下，它可以對樣 本數據進行訓練和學習，以反向傳播誤差的形式調整網絡權值和閾值，從而得到 輸入輸出的映射關系。本文使用了三層BP神經網絡模型進行計算，其網路結構 圖如圖2-9 所示。
Figure 2-9 BP neural network structure
三層BP神經網絡由輸入層、隱含層和輸出層三部分組成。其中，輸入輸出 層的節點數是固定的，隱含層節點的數量需要根據實際問題進行設置，若p為隱 含層節點數，7!為輸入層節點數，q為輸出層節點數，a為1~10之間的調節常數， 則
p = “ + q + a (2-10)
Xj代表輸入層第丿'個節點的輸入，j = 1,2,...,m； Wij為隱含層第i個節點到輸 入層第丿•個節點之間的權值；仇為隱含層第i個節點的閾值，，=1,2，…,q； /I為隱含 層的激活函數；wik為輸出層第k個節點到隱含層第i個節點之間的權值；ak為輸 出層第k個節點的閾值，k = 1,2,...,z； /■為輸出層的激活函數；Ok為輸出層第k個 節點的實際輸出值。
神經元 j 的輸入為
net =邸i WtjXj + 仇 (2-11)
輸出關系為
Ok = f(net) = f 兇=凹的 + 仇) (2-12)
當進行反向傳播時，會從輸出層反向計算每層神經元的輸出誤差，然后采用 梯度下降的方法，調節每層的連接權值和閾值。單個樣本誤差函數為
E = i^=i(Tk — Ok) (2-13)
系統對訓練樣本的總誤差函數Ep為
Ep =2器1戎=1(濮—0力)2 (2-14)
輸出層的神經元的誤差必和連接權值的變化量叭的分別為
8k = (Tk-Ok) •f'(Ok) (2-15)
^Wki =―耳耐=^8k • xh0 (2-16)
其中，xh0為隱含層的輸出樣本值。隱含層的神經元的誤差＜5加和連接權值變 化量△ Wtj分別為
陥=f'(xhoi) • T.k=1 • wki (2-17)
8E
^wij = = VShi • xho (2-18)
在經過 n 次訓練后，輸出層和隱含層的連接權值分別為
Wik(n+1) = wik(n) + ^wik (2-19)
wij(n+1) = wij(n) + ^wij (2-20)
當訓練樣本的輸出值和期望值無限接近相等時，訓練結束。
2.3.2BP神經網絡建模
(1)建模步驟
以上一節的BP神經網絡算法原理為基礎實現對煤礦安全態勢的研究，首先 根據式(2-9)設計模型的層次結構，將各煤礦的安全投入、培訓次數、高中以上 學歷人數、生產環境等因素，設計輸入層節點數為4，輸出層的節點數為1，則 本模型含有2個隱含層。
模型程序的具體實現步驟如下：
①隨機生成輸入層和隱含層連接權重w?h、隱含層和輸出層連接權重Who， 設置隱含層閾值0。
②從數據庫中選取學習的數據樣本，根據數據和權重計算出隱含層函數的激 活值，表達式為
= f （^i=ij=i wiHtjxi + & ） （2-21）
式中，i為輸入層的節點數,i = 1,2,...,n；丿'為隱含層的節點數,j = 1,2,...,p。
③將隱含層計算出的結果作為輸出層的輸入，計算輸出層的激活值，計算表
達式如下：
0。= f ⑵=i,k=i(hjWHOjk + 9 )) (2-22)
上式中，丿•為隱含層的節點數，j = 1,2，…,p； k為隱含層的節點數，k = 1o
④根據式（2-15），計算輸出神經元的誤差6。
⑤根據式（2-16），計算隱含層神經元的連接權值變化量，調整Wh。。
⑥根據式（2-18），調整輸入層連接隱含層的連接權值wIH。
⑦重復執行②到⑥的步驟，當訓練樣本的輸出值和期望值無線接近相等時, 訓練結束。將測試的樣本數據帶入訓練的神經網絡中進行預測，完成實驗。
2)結果分析
表 2-4 關于缺乏煤礦安全投入的事故發生率數據預測表
Table 2-4 Forecast table of accident rate data on the lack of coal mine safety inputs
煤礦
年份事故占比率際）值占比等級事故占比率預計）值占比等級是否符合
本系統2013-2020年選取的數據進行樣本訓練，共有600條數據，將2018- 2020 年的 335 條數據進行訓練，以上述模型為手段，結合西南地區各煤礦事故 發生的測報數據，對各煤礦由于缺乏安全投入導致的事故發生率進行預測，并將 實驗結果與預測數據進行對比，將事故占比率劃分等級。關于煤礦安全投入的事 故發生率數據預測表如表2-4所示。
利用BP神經網絡算法對煤礦事故進行預測，將樣本數據通過公式計算獲取 預測值，將預測值和獲取的結果進行對比，獲得預測準確度為 93.46%，訓練結 束。使用獲得的訓練模型，將西南地區2013-2018年部分煤礦事故數據的測試樣 本數據帶入模型中，進行測試檢驗，得到模型識別表如表2-5所示。
圖 2-5 模型識別表 Table 2-5 Model identification table
年份 正確識別個數 正確率(%)
1級 2級 3級 4級
2013 5 2 2 0 93.34%
2014 9 4 3 0 94.23%
2015 7 6 6 2 91.78%
2016 11 7 4 1 93.23%
2017 7 5 2 1 92.56%
2018 4 4 5 0 90.52%
由表可知， 2013年由于安全生產投入不夠導致的事故占比率為1級5個、2 級2個、3級2個，其他年度如表所示。對幾次預測進行分析，本神經網絡模型 的準確率為92.94%，能夠較好地對事故原因占比率進行預測。
2.5小結(Summary)
本章由開發技術、技術服務報告流程重構、煤礦人力資源決策模型和基于 BP 神經網絡煤礦安全態勢預測模型四部分組成。
在開發技術部分，首先介紹Layui前端框架的組織形式和優點；其次對系統 開發過程中使用的后端框架進行概述，其中包括以模型-視圖-控制器為設計原則 的 Spring 框架、內置 Spring 的 SpringMVC 框架以及實現簡化 SSM 框架配置的 SpringBoot框架；接下來介紹MySql數據庫的版本、核心以及5個優于其他數據 庫的特點和MyBatis框架的特點；最后分析軟件系統架構B/S和C/S兩種模式的 概念、應用場景和優缺點。在技術服務報告流程重構部分，介紹流程重構的 ECRS 方法，闡述四川安全技術中心在提供技術服務的過程中遇到的問題，并針對問題 設計了以多進多出和并行交叉為核心的重構方案。在人力資源決策模型部分，分 析人員結構數據，詳細描述了技術培訓類別開設計劃文件、基礎信息文件和統計 信息文件三類文件的內容，介紹人力資源決策樹的算法理論基礎、實現流程和預 估模型。在煤礦安全態勢預測模型部分，介紹BP神經網絡煤礦安全態勢預測模 型理論基礎、建模步驟以及實現分析。
3煤礦安全技術服務信息管理系統架構設計
3The Architecture Design of Coal Mine Safety Technology Service Information Management System
3.1需求分析（Demand Analysis）
3.1.1用戶需求
本文針對系統使用對象多元性的特點，將用戶分為系統管理員、高級員工、
普通員工和編外人員四大類，具體需求如下：
（1） 系統管理員需求分析 管理員作為系統最重要的角色，管理員的合理管理可以讓系統長久可靠地運
行。管理員主要需要將管理員信息、高級用戶、普通用戶和編外人員信息進行集 中化的管理，以便四川安全中心能夠有序及時地發放技術服務報告。
1 ）可以查看、修改、添加和刪除員工、部門、菜單、角色、崗位等信息。
2） 在文件管理模塊可以上傳、下載和刪除文件。
3） 能夠審批技術服務報告申請流程，能夠查看和刪除技術服務報告記錄。
4） 能夠對技術培訓學員信息進行增刪改查。
5） 能夠使用企業人力資源決策樹模塊構建決策樹。
6） 能夠結合技術服務相關數據進行煤礦安全態勢預測。
（2） 高級員工需求分析
1） 高級員工包括部門經理和項目負責人，高級員工模塊應該有如下幾點需
求：
2） 可以修改、添加、查看和刪除員工信息，查看部門、角色、崗位等信息。
3） 在文件管理模塊可以上傳、下載文件。
4） 能夠審批技術服務報告申請流程，能夠查看和刪除技術服務報告記錄。
5） 能夠對技術培訓學員信息進行增刪改查。
（3） 普通員工需求分析 本部分對象是四川安全技術中心的普通員工，他們對本系統有如下需求： 1 ）可以查看員工和部門信息。
2） 在文件管理模塊可以下載文件。
3） 查看技術服務報告記錄。
4） 查看技術培訓學員信息。
（4） 編外人員需求分析 西南地區的煤礦為了提高煤礦開采的安全性，需要向安全技術中心申請技術 服務和參加安全技術培訓，需要滿足以下幾點需求：
1） 能夠發起技術服務申請，并能夠實時追蹤流程進度。
2） 能夠參加專業技術培訓，并能夠查看技術培訓學員信息。
3.1.2功能性需求分析
煤礦安全技術服務信息管理系統的核心功能有三部分，第一部分是通過系統 實現對所有用戶的崗位、權限、角色等所有信息的統籌管理；第二部分是通過工 作流來完成對技術服務報告的申請和發放，并利用技術服務相關數據進行煤礦安 全態勢預測；最后一部分是對工作人員提供技術服務培訓并利用數據挖掘技術對 參加培訓的人員信息進行分析，為管理人員提供決策支持。以下將從系統管理模 塊、文件管理模塊、技術服務報告發放管理模塊、技術培訓信息管理模塊和煤礦 安全態勢預測模塊闡述本系統的需求。
（1）系統管理模塊
系統管理模塊對系統進行數據架構設計，明確不同對象的權限職責劃分。本 部分從用戶管理、角色管理、部門管理、崗位管理、菜單管理五個方面展開敘述。
1）用戶管理子模塊
本模塊對用戶基本信息進行管理，由于本系統的使用對象職位和身份的不統 一，用戶對本模塊的使用權限也將有所不同。用戶管理模塊的功能需求，如表 3 1 所示。
表 3-1 用戶管理模塊需求
Table 3-1 User management module requirements
管理員 對員工信息進行增刪改查操作
高級用戶 可以新增、修改、查看員工信息
普通員工 查看員工信息
Figure 3-1 User Management Module Use Case Diagram
2）角色管理子模塊 角色管理模塊主要對用戶進行分級分權，使各級工作人員分權協作，提高工 作效率。管理員可以對角色進行增刪改查操作，賦予或修改角色的權限。高級用 戶可以查看角色信息，其他用戶則沒有查看該模塊信息的權限。角色管理模塊用 例圖如圖3-2 所示。
Figure 3-2 Role Management Module Use Case Diagram
3）部門管理子模塊 部門管理模塊是系統架構搭建的一個重要部分，合理規劃企業部門的規模和 架構，能夠讓企業運行的更加協調。在本模塊，用戶可以根據其相應權限對部門 信息進行操作。不同用戶的角色管理用例圖如圖3-3 所示。
Figure 3-3 Department Management Module Use Case Diagram
4）崗位管理子模塊 崗位管理模塊管理所有用戶的崗位信息。管理員可以對崗位信息進行全部操 作，高級用戶擁有修改和查看的操作權限，其他用戶則沒有操作權限。 崗位管理
用例圖如圖 3-4 所示。
圖 3-4 崗位管理模塊用例圖
Figure 3-4 Use case diagram of post management module
5）菜單管理子模塊
菜單管理模塊管理包括菜單名稱、請求地址和權限標識等菜單信息。本模塊
2）文件管理模塊
本模塊存儲技術培訓資料、技術服務報告和其他資源中心文件，需要滿足用
戶對資源文件的查看、下載和上傳功能。不同用戶的文件管理模塊需求分析如表
3-2 所示。
表 3-2 不同用戶的文件管理模塊需求分析
Table 3-2 Demand analysis of file management module for different users
管理員/高級用戶 查看、上傳、下載、刪除文件
普通員工/編外人員 下載、查看文件
文件管理模塊用例圖，如圖 3-6 所示。
圖 3-6 文件管理模塊用例圖
Figure 3-6 File management module use case diagram
（3）技術服務報告發放管理模塊
技術服務報告發放管理模塊是本系統的核心功能之一，主要完成煤礦企業對
技術服務報告的申請和發放功能。當煤礦企業的用戶發起技術服務報告流程后，
相應的審批部門或者審批負責人會執行審批操作，拒絕則返回上一步，同意則進
入下一步審批流程，直至流程結束。其中管理員和高級用戶擁有審批功能的權限，
其他用戶可以查看技術報告發放記錄。文件管理模塊用例圖如圖3-7 所示。
Figure 3-7 Use case diagram of technical service delivery management module
不同用戶技術服務發放管理模塊需求分析如表3-3 所示。
表 3-3 不同用戶技術服務報告管理需求分析
Table 3-3 Demand analysis of technical service report management of different users
管理員/高級用戶 查看和刪除技術服務服務報告、審批技術服務報告申請
普通用戶 查看技術服務服務報告
編外人員 發起申請流程、查看申請流程信息、查看技術服務服務報告
4）技術培訓信息管理模塊
Figure 3-8 Use case diagram of technical training information management module 技術培訓信息管理模塊是本系統的另一核心功能，主要實現對參與技術培訓 學員信息的統計計算和人員結構決策支持。該模塊主要由技術培訓基本信息管理 和企業人力資源決策樹兩個部分組成。技術培訓基本信息管理部分統計了學員的 編號、姓名、年齡和性別等信息，企業人力資源決策樹可以分析上傳的樣本數據， 得到決策樹，為決策用戶提供決策支持。不同用戶的技術培訓信息管理模塊需求 分析如表 3-4 所示。
表 3-4 技術培訓信息管理需求分析
Table 3-4 Analysis of technical training information management needs
管理員 添加、查看、修改和刪除技術培訓人員信息查看人力資 源決策樹
高級用戶 添加、查看、 修改和刪除技術培訓人員信息，
普通用戶/編外人員 查看技術培訓人員信息
（5）煤礦安全態勢預測模塊 安全態勢模塊主要采用技術服務過程中產生的數據和其他相關數據進行分 析，實現對目前某些煤礦的安全態勢進行預測。該模塊只有管理員擁有權限查看 分析，模塊用例圖如3-9 所示。
圖 3-9 煤礦安全態勢預測模塊用例圖
Figure 3-9 Use case diagram of coal mine safety situation prediction module
3.1.3非功能性需求
為了滿足用戶的需求，系統的非功能性需求如下：
（1）穩定性：TPS曲線穩定，沒有大幅度的波動，各項資源指標沒有泄露 或異常情況。
（ 2）前端指標：頁面要盡可能小及壓縮，頁面展示和花費時間越短越好。
（3） 中間件指標：當前正在運行的線程數和 JDBC 連接數不能超過設定的 最大值。
（4） 數據庫指標：SQL耗時越小越好，一般情況下微秒級別。
（ 5）可復性，要求系統在出現故障后，能夠快速地重建性能和恢復受影響 的數據，避免系統癱瘓影響正常工作。
3.2系統架構設計（System Architecture Design）
3.2.1系統總體架構設計
系統總體架構是通過分析需求設計設想的可能方案的基礎，本文結合現有的 技術現狀，以實用性和全面性為實用原則，構建基于煤礦安全技術服務的信息管 理框架模型，總體架構設計圖如圖3-10 所示。系統分為用戶層、應用層、服務 層、數據層和技術層五部分。用戶層是系統所面向的對象，主要由四川安全中心 的系統管理員、高級員工、普通員工和編外人員組成。應用層主要以工作流程預 警、技術培訓人員結構決策和煤礦安全態勢預測為核心，解決流程擁塞和斷流的 問題，實現對技術培訓的結構調整問題，完成技術服務申請、人員技術培訓、人 員結構分析、技術服務發放和煤礦安全態勢預測等功能。服務層主要負責對數據、
應用、用戶等方面進行整合。數據層主要負責存儲外部數據、業務預算數據、技 術服務數據和人員工種數據等數據，由數據基礎層和數據表兩部分組成。技術層 由本系統的技術支持組成，包括終端、服務器、 Web 互聯網和信息安全。
圖 3-10 總體架構設計圖
Figure 3-10 Overall architecture design drawing
3.2.2基本網絡架構設計
本系統選用Windows 10作為操作系統，網絡米用以太網技術，使用的傳輸 協議TCP/IP。基本網絡結構如圖3-11所示，在服務器上部署環境運行代碼，經 由網絡交換機通過路由器將信息傳輸至管理部門、業務部門、人員培訓處和財務 部門。
3.2.3系統功能架構設計
煤礦技術服務信息管理系統功能架構圖，如圖 3-12 所示。本系統主要由技 術服務報告發放管理、系統管理、文件管理、流程審批、登錄管理、技術培訓信 息管理和煤礦安全態勢預測七個模塊組成。
圖 3-12 系統整體功能架構圖 Figure 3-12 Overall functional architecture diagram of the system 技術服務報告發放管理模塊由技術服務報告發放管理和技術服務報告記錄 組成。該模塊實現編外人員對技術服務報告的申請流程和對報告流程的追蹤功能， 用戶可以查看技術服務報告記錄；系統管理分為角色管理、菜單管理、崗位管理、 部門管理、用戶管理和API接口管理五部分，系統管理員可對系統整體結構和人 員架構進行設計和調整；管理員可以在文件管理模塊上傳、下載和刪除資源文件； 流程審批由我的待審和審批記錄組成，為系統管理員和高級用戶提供審批服務。 用戶在進入系統后，可查看我的待審模塊，判斷是否有流程審批工作需要完成， 當審批工作完成之后，會將該記錄歸結到審批記錄模塊；登錄管理部分負責校驗 登陸人員的信息，判斷信息是否和數據庫相同，若相同，則根據用戶的權限選擇 對應的登陸界面；技術培訓信息管理由技術服務基本信息管理和企業人力資源決 策樹兩部分組成。技術培訓部門員工可對技術培訓項目學員的信息進行管理，也 可查看技術培訓參與人員信息的統計分類。煤礦安全態勢預測模塊可以對西南地 區的煤礦進行事故統計，分析事故原因對煤礦事故的影響程度，從而實現對對煤 礦企業的安全態勢的預測。
3.3可行性分析（Feasibility Analysis）
本文從四川安全技術中心技術服務管理信息化著手，結合資金、人力、效率 等因素，針對煤礦安全技術服務信息系統的實現價值，進行系統而全面的可行性 分析。本文分別從技術、經濟和操作三方面進行展開敘述，具體分析如下：
（1） 從技術方面來說，很多企業推出的開發框架都比較成熟，并且開源免 費，為開發人員帶來了很大的便利。例如，本文使用簡化了 SSM 的 SpringBoot 框架，開發人員只需要專注解決功能需求，而不需要擔心冗雜的開發步驟和文件 配置問題。從數據存儲來說，本文采用MySql關系型數據庫，它能兼容多種操作 系統，并且為多種編程語言提供API，兼容性比較優秀。
（2） 從經濟方面來說，首先，系統在開發方面投入不高，各種開發框架、 編程語言以及數據庫系統都是免費的。其次，系統對硬件設備的要求很低，除了 必須的服務器之外，企業中性能稍好的計算機就可以滿足要求使用系統。最后， 當煤礦安全技術服務信息管理系統投入使用后，會為安全中心節省大量的人力資 源，提升員工的工作效率，提高資金的利用率。所以從總體上來說，在經濟方面 是非常可行的。
（3） 從操作方面來說，系統的操作頁面簡潔明了，易于操作。在系統開發 完成之后，會撰寫系統的操作說明書，并且會派專人進行使用指導，保證操作的 可行性。
3.4小結（Summary）
本章分別介紹需求分析、系統架構設計和可行性分析。首先，需求分析從用 戶需求、功能性需求和非功能性需求三方面展開，用戶需求詳細闡述系統管理員、 高級員工、普通員工和編外人員四大類用戶對本系統的具體需求；功能性需求從 系統管理、文件管理、技術服務報告發放管理、技術培訓信息管理和煤礦安全態 勢預測五大核心模塊展開，以用例圖的形式介紹不同用戶對不同模塊的使用權限 需求；從系統的可維護性、安全性、可復性、易用性和可移植性五方面，簡單介 紹系統的非功能性需求。然后，根據需求設計系統的總體架構、網絡架構和功能 架構，分別從系統總體架構設計、基本網絡架構設計和系統功能架構設計三方面 進行分析闡述。系統總體架構以工作流程重構、技術培訓人員結構決策和煤礦安 全管理態勢為核心，介紹系統的總體架構；基本網絡架構設計簡單介紹了整個系 統的網絡運行軌跡；系統功能架構簡單介紹技術服務報告發放管理、系統管理、 文件管理、流程審批、登錄管理、技術培訓信息管理和煤礦安全態勢預測七個部 分的功能。最后本文從技術、經濟和操作三個角度分析本系統開發的可行性。
4煤礦安全技術服務信息管理系統設計方法研究
4Research on Design Method of Coal Mine Safety Technology Service Information Management System
4.1系統設計目標(System Design Objectives)
結合前文的需求分析，本文的目標是設計功能完善的煤礦技術服務信息管理 系統，該系統可以管理用戶和文件信息、申請技術服務報告、參加技術培訓和對 煤礦企業安全態勢進行預測。通過重構工作流程和增加決策預警能力，提高四川 安全技術中心工作人員的管理效率、管理水平和管理質量，提升煤礦工作人員的 專業技術水平，在一定程度上實現“減負、降本、增效”的目的。
4.2系統功能設計(System Functional Design)
4.2.1用戶登錄
(1)流程設計
圖 4-1 所示的是用戶登錄流程。用戶登陸系統，輸入基本信息。系統會將輸 入的信息和數據庫中的數據進行對比，如果數據正確，進行下一步；若錯誤，則 返回初始登錄狀態。在驗證用戶名和密碼正確后，系統會判斷數據表中的登錄類 型，讓用戶分別進入系統管理員界面、高級用戶界面、普通員工界面和編外人員 界面。
（2）類圖設計
用戶登錄模塊 的核心類為：LoginController類、AdminMapper接口、 LoginService接口、Registerinfo類等，登錄類圖如圖4-2所示。
圖 4-2 登錄類圖 Figure 4-2 Login class diagram
3）時序圖設計
1：輸入用戶名密碼（）.
I ?
2:login(regesterInfo)()
3:login(regesterInfo)()
4:selectByExample(user)() |
10
圖4-3登錄時序圖
Figure 4-3 Login sequence diagram
根據業務需求設計登錄時序圖，如圖 4-3 所示。當管理員輸入登錄信息時， 首先調用 LoginController 中 login()方法，其次調用 LoginService 中 login()方法, 最后調用 AdminMapper 中 selectBy-Example ()方法通過與數據庫的交互實現管理 員的登錄操作。
4.2.2角色管理模塊設計 針對煤礦安全技術服務信息管理系統面向對象的多元性，我們需要對不同用 戶的角色進行定義并賦予其對應的權限范圍，管理員可以對角色的類型和權限范 圍進行增加、刪除、修改和查看。
(1)類圖設計
角色管理模塊的核心類為：RoleController 類、BaseController 類、Controller 類、RequestMapping接口類組成等，角色管理類圖如圖4-4所示。
RoleController 由 tolist()、 list(Role)、 listPag(Role)、 toAdd(Model)、 del(Interger[])、 addRole(Role,Integer[])、 selectById(Integer)、 edit(Integer, Model)、 editPower(Integer, Model)、 save(Role)、 editPowerSave(Role, Integer[])、 checkDeptNameUnique(Role) 等方法組成。tolist()方法實現前后端的頁面跳轉、list(Role)實現ajax的請求、 toAdd(Model)實現新增頁面的功能、del(Interger[])實現對記錄的批量刪除、 addRole(Role,Integer[])方法是新增角色并將其信息保存到數據庫中、selectById- (Integer)是根據id查詢獲取該用戶的所有權限、edit(Integer, Model)方法是實現的 編輯修改頁面的功能、editPower(Integer, Model)方法可以編輯修改權限的用戶、 editPowerSave(Role, Integer]])方法是保存修改后的用戶信息后，checkDeptName- Unique(Role)方法是校驗角色名稱的唯一性。
圖 4-4 角色管理實現類圖
Figure 4-4 Role management implementation class diagram
2)時序圖設計
根據業務需求設計角色管理時序圖，如圖 4-5 所示。用戶進入角色管理模塊 進行相關操作， 系統首先從 RoleController 類中調用對應的方法， 然后在 IRoleService接口類中調用增刪改查方法，于RoleMapper中實現，更新數據庫的 信息。
圖4-5角色管理時序圖
Figure 4-5 Sequence diagram of role management
4.2.3文件管理模塊設計 四川安全技術中心在公司正常活動和技術培訓過程中會產生大量的文件。為 了滿足不同用戶對文件共享的需求，系統設計了文件管理模塊，用戶具有文件的 查看、上傳和下載權限。
(1)類圖設計
圖 4-6 文件管理實現類圖
Figure 4-6 file management implementation class diagram
角色管理模塊的核心類：FileController 類、BaseController 類、Controller 類、 RequestMapping 接口，文件管理類圖如圖 4-6 所示。
FileController 類由 tolist()、 listPag(Files)、 toAdd()、 addSave(MultipartFile,Files)、 del(String[])、download(String,String)和 getFileBean(MultipartFile,String Files,String) 等方法組成。其中tolist()方法實現后臺數據到前端文件的傳輸、listPag(Files)方法 實現表格列表的創建、toAdd()方法實現新增頁面的功能、addSave(Multipart- File,Files )方法能夠上傳文件并將文件保存到相應位置、del(String[])方法可以批量 刪除文件記錄、download(String,String)方法可以實現文件的下載功能、getFile- Bean(MultipartFile,String Files,String)是封裝了 Files Bean 的上傳類。
(2)時序圖設計 用戶進入文件管理界面時，進行文件的上傳、下載、查看或修改操作后，系 統會先從FileController類中調用對應的方法，其次IFileService接口類中調用增 刪改查方法，于FileMapper中實現，從而更新數據庫的信息。文件管理時序圖如 圖 4-7 所示。
Client FileControlle r IFileService FileMapper Database
-1 1 1
1：添加文件：tcAdd()
2：toAdd()
3:insertS elective(F iles)
4 1
1
1
1 1
8 1
bll,
1
1
12 1
1
1
1 1
16 1
5：下載文件：download(String,String)
[ I I
6:dow nload(St ri ng,St ring)
\ 9：查看文件信息：selectByld(lnte倍er) 加卩誠沏時血眄醉壷曲址止)
I I
10:selectById(Interger)
11:selectByPrimaryKey(Integer)
13：批量刪除角色：del(String[]) ' I
14：del(St ring【])
15:deleteBy^imaryK^s(String[])
圖 4-7 文件管理時序圖
Figure 4-7 File Management Timing Diagram
4.2.4技術服務報告審批流程設計
( 1)流程設計
技術服務報告發放管理模塊負責編外人員對技術服務報告的發放功能，技術 服務報告發放流程圖由圖 4-8 所示。用戶登錄系統后，進入技術服務報告發放管 理模塊，點擊申請技術服務報告進行申請，提交公司、時間、技術服務報告類型 等信息，審核部門會根據提交上來的信息資料進行初審，若材料齊全，則通過初 審，否則打回申請頁面。初審通過之后，中心會派遣工作人員實地考察資料進行 針對性的技術服務，在此過程中，整改人員需要記錄整理技術服務過程中的數據 文件，形成技術服務報告。若煤礦公司根據整改意見，完成整改，則通過終審， 若不符合要求，則打回終審請求，繼續進行整改，直至滿足要求。終審通過后，
四川安全技術中心向該企業發放技術服務報告。
Y
圖 4-8 技術服務報告審批流程圖
Figure 4-8 Technical service report approval flow chart
(2)類圖設計
技術服務報告發放管理模塊的核心類為:TechServeReportController類、Tech- ServeReport 類、 TechServeReportMapper 接口、 TechServeReport-Param 類、 TechS erveReportResult 類、 TechServeReportService 接口、 TechServe-ReportServiceImpl 實現類等，技術服務報告發放管理類圖如圖 4-9 所示。
TechServeReportController 類主要負責處理用戶請求和業務的控制器。 Tech- ServeReportController類可以跳轉到技術服務報告審批頁面index()、跳轉到技術 服務報告添加頁面add()、跳轉到技術服務報告編輯頁面edit()，以上三種方法返 回值均為HTML文件路徑。用戶可以通過方法addItem()新增申請流程、通過 delete()方法刪除申請流程、使用方法batchDeleteByIds()根據用戶申請技術服務申 請單的ID進行批量刪除、通過editItem()方法編輯申請單、通過方法list()查詢申 請單的列表以及通過detail()查看流程詳情。
TechServeReportService 接口可以通過 add()、 delete()、 batchDeleteByIds()、 update()、 findByOrderNum()、 findListByOrderNum ()和 findPageByOrderNum ()等 方法來新增申請單、刪除申請單、批量刪除申請單、修改申請單、查詢單條申請 記錄、查詢申請流程列表和查詢分頁的申請單。
TechServeReportResult
-id:String
-companyName:String -companyIntroduce:String -reportName:String -reportType:String -reportOrderNum:String -reportPrice:String
圖 4-9 技術服務報告發放類圖
Figure 4-9 Technical service report distribution class diagram
TechServeReportServiceImpl 實現類除了實現了 TechServeReportService 接 口所規定的方法以外，還可以通過getKey()獲取流程申請的ID號、使用方法 getPageContext()獲得頁面信息、使用getOldEntity()方法獲得原來申請單的信息以 及通過getEntity()方法獲得新申請單信息。
( 3)時序圖
圖 4-10 技術服務報告申請時序圖
Figure 4-10 Timing diagram of technical service report application
本小節以技術服務報告申請模塊為例，介紹了技術服務申請模塊的時序圖， 如圖 4-10所示，申請技術服務報告的流程如下：
1） 煤礦企業用戶登錄系統，進入技術服務報告發放管理模塊，點擊“申請” 按鈕，填寫技術服務報告申請公司和技術服務報告等信息。
2） 提交技術服務報告的信息之后，申請審批模塊啟動技術服務報告流程。
3） 用戶技術服務報告審批管理模塊顯示技術服務報告信息，煤礦企業用戶 可以對技術服務報告申請單進行查詢、修改和刪除等操作。
4） 工作流模塊設計流程中指定的審批人員在待辦任務模塊可以查看收到的 技術服務報告申請。
5） 指定的審批人員可以在待辦任務模塊中查看技術服務報告申請信息，并 選擇辦理。若符合條件，則點擊“批準”，不符合條件，則點擊“拒絕”。
6） 技術服務報告申請流程沿流程圖軌跡進入下一個節點，流程全部辦理完 畢后，已辦任務模塊記錄整個流程辦理信息。
4.2.5人力資源決策樹模塊設計
本系統在技術培訓管理模塊采用了 C4.5 決策樹算法，結合公司的業務功能 需求，對技術培訓過程中產生的數據進行分析。 C4.5 決策樹算法能夠對數據進 行有效地分類和分析，在構建技術培訓資源決策樹的模型中，可以有效地挖掘數 據中潛在的分類規則和利用價值，以便決策者進行準確有效的決策和預測。根據 C4.5 決策樹的應用原則，在構造決策樹之前，首先對原始屬性集進行屬性約簡， 得到最小屬性集。然后從屬性約簡后的決策表中選擇信息增益比最大的屬性進行 分類，遞歸生成決策樹。生成模式簡單、精度高的決策樹，則可以為決策用戶提 供快速的、有效、準確的決策支持，從而可以促進技術培訓資源的良性發展。技 術服務培訓活動過程設計如圖 4-11所示。
圖 4-11 技術服務培訓活動過程設計
Figure 4-11 Process design of technical service training activities
（1）企業人力資源決策樹功能實現類設計
圖 4-12 是基于 C4.5 決策樹算法的實現類設計，主要由決策樹的節點類
DecisionTreeNode 和決策樹的實現類 HRDecisionTree（）組成。
圖 4-12 C4.5 決策樹系統實現類圖
Figure 4-12 System implementation class diagram of C4.5 decision tree 當用戶發出請求后，系統會利用 C4.5 決策樹計算所有節點和決策路徑，通 過調用DoJSON類的createJSON ()方法生成JSON格式字符串，進行可視化顯示。 字符串實現類如圖4-13 所示。
圖 4-13 生成 JSON 字符串的系統實現類圖
Figure 4-13 System implementation class diagram for JSON string generation
(2)企業人力資源決策樹功能實現時序設計
圖 4-14 顯示了企業人力資源決策樹實現的時序圖，說明了人力資源決策樹
的工作流程。由圖可知，決策者首先選擇決策分析類型，系統通過 C4.5 決策樹
算法計算、分析和歸納數據，創建對應數據的決策樹，并將信息反饋到用戶界面， 為決策用戶提供安全可靠的數據支撐。
1•選擇決策分析類型
返回操作界面結果
2•執行決策樹分析
3•執行決策樹分析，生成類
返回決策樹結果
^返回決策樹結果
十
圖 4-14 人力資源決策樹的系統實現時序圖
Figure 4-14 Timing diagram of human resource decision tree system implementation
4.2.6煤礦安全態勢預測模塊設計
本模塊以BP神經網絡算法為基礎，以四川煤礦安全中心的技術培訓過程中 產生的數據為第一數據源，構建煤礦安全態勢預測模型，具體實現流程如圖 4-15 所示。
圖 4-15 BP 神經網絡安全態勢預測流程圖
Figure 4-15 BP neural network security situation prediction flow chart
由圖 4-15 可知，在進行訓練之前，需要對隱含層和輸出層的網絡權值和閾 值進行初始化，將選取的煤礦事故數據作為輸入值，帶入模型中進行計算，其中 煤礦事故占比率作為輸出值。根據式（2-11）和式（2-12），結合輸入的數據、 初始化的權值和閾值分別計算出隱含層和輸出層各單元的輸出。根據式（2-13）， 計算實際輸出和期望輸出的誤差，然后判斷誤差是否在誤差范圍內，如果在，則 固定連接權值和閾值，結束訓練；如果不在，則根據式（2-15）和式（ 2-17）， 計算出輸出層和隱含層的校正誤差，根據誤差調整輸入層到隱含層的連接權值以 及隱含層各單元的輸出閾值，進行下一次訓練，直至誤差值在誤差范圍內，固定 連接權值和閾值，結束訓練。最后將測試數據帶入訓練的模型進行預測，并將結 果可視化展示出來。
4.3數據庫設計（Database Design）
4.3.1數據庫概念設計
根據上一章對煤礦安全技術服務信息管理系統的需求分析，設計系統實體。
本文采用 E-R 圖對實體屬性進行分析建模，它能夠提供表示實體類型、屬性和聯 系的方法，可直觀顯示系統的數據庫邏輯設計，應用比較普遍。以下選取主要的 實體進行實例，具體情況如下所示：
（1）四川安全中心人員實體代表的是四川安全中心人員的基本信息，它的 屬性包括用戶ID、登錄密碼、用戶姓名、性別、年齡、部門、職位、自我介紹、 手機號碼、郵箱、創建時間、狀態、角色ID、是否離職等信息，如圖4-16所示。
圖 4-16 四川安全中心人員信息實體屬性圖
Figure 4-16 Personnel information entity attribute diagram of sichuan security center
圖 4-17 編外人員信息實體屬性圖
Figure 4-17 Attribute diagram of information entity of coal mine enterprise personnel
（2） 編外人員實體代表的是煤礦企業人員的基本信息，它的屬性包括用戶 ID、登錄密碼、用戶姓名、性別、年齡、公司名稱、公司介紹、手機號碼、郵箱、 角色ID、創建時間、技術服務類型，如圖4-17所示。
（3） 技術服務實體代表的是技術服務各種類型的基本信息，它的屬性包括 技術服務類型ID、技術服務名稱、技術服務介紹、狀態、創建時間，如圖4-18 所示。
圖 4-18 技術服務信息實體屬性圖 Figure 4-18 Attribute diagram of technical service information entity （4）技術培訓實體代表的是技術培訓項目中包含的工種的基本信息，它的
屬性包括工種ID、工種名稱、工種介紹、狀態、創建時間，如圖4-19所示。
圖 4-19 技術培訓信息實體屬性圖 Figure 4-19 Entity attribute diagram of technical training information （5）角色實體代表的是煤礦安全技術信息管理系統中各種不同角色的基本 信息，它的屬性包括角色ID、角色名稱、角色介紹、狀態、創建時間，如圖4-20 所示。
圖 4-20 角色信息屬性圖 Figure 4-20 Role information attribute diagram
（6）部門實體代表的是四川安全中心部門的基本信息，它的屬性包括部門
ID、部門負責人、角色名稱、部門介紹、狀態、創建時間，如圖4-21所示。
圖 4-21 部門信息實體屬性圖
Figure 4-21 Department information entity attribute diagram
（7）權限實體代表的是煤礦安全技術信息管理系統面對的所有用戶權限的 信息管理，它的屬性包括權限ID、權限名稱、父級權限ID、父級權限名稱、權 限類型、權限路徑、路徑代碼、權限圖標和創建時間，如圖 4-22所示。
Figure 4-22 Attribute diagram of permission information entity
4.3.2數據庫表結構設計
本系統數據庫使用的是 MySql 關系型數據庫。本系統包括技術培訓信息管 理、系統管理、文檔管理、技術服務報告發放管理和煤礦安全態勢預測五個模塊 組成，每個模塊的數據表均在Navicat for MySql的客戶端進行編寫操作。由于本 系統的數據表較多，以下根據以上的 E-R 圖列出對應的數據表，其中包括四川安 全中心人員信息表（t_user）、編外人員信息表（t_coaluser）、技術服務信息表 （t_techServeInfo）、技術培訓信息表（t_techTrainInfo）、角色信息表（t_role）、 部門信息表（t_dept）、權限信息表（「permission）。
（1） 人員信息表，主要保存四川安全中心人員的基本信息。總共有14個字 段：用戶IDuid、登錄密碼pwd、用戶姓名loginName、性別sex、年齡age、部 門dept、職位position、自我介紹self_introduction、手機號碼tel、郵箱email、創 建時間createTime、狀態status＞角色ID role_ID、是否離職isdel，如表4-1所示。
（2） 編外人員表，主要保存編外人員的基本信息，總共有12個字段：用戶 ID uid、登錄密碼pwd、用戶姓名loginName、性別sex、年齡age、公司名稱
companyName、公司介紹 companyIntroduction、手機號碼 tel、郵箱 email、創建 時間createTime、角色ID role_ID、技術服務類型techServeType，如表4-2所示。
表 4-1 t_user 數據庫表
Table 4-1 t user database table
字段名稱 字段含義 類型 長度 允許空 主鍵設置
uid 用戶id varchar 64 YES YES
pwd 登錄密碼 varchar 64 NO NO
loginName 用戶姓名 varchar 255 NO NO
sex 性別 varchar 10 YES NO
age 年齡 int 0 YES NO
dept 部門 int 0 NO NO
position 職位 int 0 NO NO
self_introduction 自我介紹 text 0 YES NO
tel 電話 varchar 255 YES NO
email 郵箱 varchar 64 YES NO
createTime 創建時間 timestamp 0 NO NO
status 狀態 int 0 NO NO
role_ID 角色 id int 0 NO NO
isdel 是否離職 int 0 NO NO
表 4-2 t_coaluser 數據庫表 Table 4-2 t coaluser database table
字段名稱 字段含義 類型 長度 允許空 主鍵設置
uid 用戶 id varchar 64 YES YES
pwd 登錄密碼 varchar 64 NO NO
loginName 登錄昵稱 varchar 255 NO NO
sex 性別 varchar 10 YES NO
age 年齡 int 0 YES NO
companyName 公司名稱 int 0 NO NO
companyIntroduction 公司介紹 text 0 YES NO
tel 電話 varchar 255 YES NO
email 郵箱 varchar 64 YES NO
createTime 創建時間 timestamp 0 NO NO
role_ID 角色 id int 0 NO NO
techServeType 技術服務類型 int 0 NO NO
（3）技術服務信息表，主要保存技術服務各種類型的基本信息，總共包含 5個字段：技術服務類型ID tid、技術服務名稱techServeName、技術服務介紹 techSeIntroduction、狀態 status、創建時間 createTime，如表 4-3 所示。
（4） 技術培訓信息表，主要保存技術培訓項目中包含的工種的基本信息， 總共包含5個字段：工種ID wid、工種名稱workTypeName、工種介紹workType- Introduction、狀態 status、創建時間 createTime，女口表 4-4 所示。
（5） 角色信息表，主要保存煤礦安全技術信息管理系統中各種不同角色的
基本信息，總共包含5個字段：角色ID roleId、角色名稱roleName、角色權限介 紹descr、狀態status＞創建時間createTime，如表4-5所示。
表 4-3 t_techServeInfo 數據庫表 Table 4-3 t techServeInfo database table
字段名稱 字段含義 類型 長度 允許空 主鍵設置
tid 技術服務類型id varchar 64 YES YES
techServeName 技術服務名稱 varchar 255 NO NO
techSeIntroduction 技術服務介紹 text 0 YES NO
status 狀態 int 0 NO NO
createTime 創建時間 timestamp 0 NO NO
表 4-4 t_techTrainInfo 數據庫表 Table 4-4 t techTrainInfo database table
字段名稱 字段含義 類型 長度 允許空 主鍵設置
wid 工種 id varchar 64 YES YES
workTypeName 工種名稱 varchar 255 NO NO
workTypeIntroduction 工種介紹 text 0 YES NO
status 狀態 int 0 NO NO
createTime 創建時間 timestamp 0 NO NO
表 4-5 t_role 數據庫表 Table 4-5 t role database table
字段名稱 字段含義 類型 長度 允許空 主鍵設置
roleId 角色id varchar 64 YES YES
roleName 角色名稱 varchar 255 NO NO
descr 角色權限介紹 text 0 YES NO
status 狀態 int 0 NO NO
createTime 創建時間 timestamp 0 NO NO
(6)部門信息表，主要保存四川安全中心各部門的基本信息，總共包含9個 字段:部門ID depId、部門負責人leader、部門名稱deptName、部門介紹introduce、 狀態status＞創建時間createTime，女口表4-6所示。
表 4-6 t_dept 數據庫表 Table 4-6 t dept database table
字段名稱 字段含義 類型 長度 允許空 主鍵設置
depId 部門id int 0 NO YES
leader 部門負責人 varchar 64 NO NO
deptName 部門名稱 varchar 255 NO NO
status 狀態 int 0 NO NO
introduce 部門介紹 varchar 255 NO NO
createTime 創建時間 timestamp 0 NO NO
(7)權限信息表，主要保存煤礦安全技術信息管理系統面對的所有用戶權 限的基本信息，總共包含9個字段：權限ID permissionId、權限名稱perName、 父級權限ID parenId、父級權限名稱parentName、權限類型type、權限路徑url、
路徑代碼 code、 權限圖標icon、創建時間createTime，
表 4-7 t_permission 數據庫表
Table 4-7 t permission database table 如表 4-7 所示。
字段名稱 字段含義 類型 長度 允許空 主鍵設置
permissionId 權限id int 0 NO YES
perName 權限名稱 varchar 65 NO NO
parenId 父級權限 ID int 0 YES NO
parentName 父級權限名稱 varchar 64 YES NO
type 權限類型 int 0 YES NO
url 權限路徑 varchar 255 YES NO
code 路徑代碼 varchar 64 YES NO
icon 權限圖標 varchar 64 YES NO
createTime 創建時間 timestamp 0 NO NO
4.4小結（Summary）
本章分別從系統設計目標、系統功能設計、數據庫設計三方面敘述了煤礦安 全技術服務信息管理系統的系統設計。基于系統設計目標完成對系統功能和數據 底層設計。在系統功能設計中，從流程設計、類圖設計或時序圖三方面詳細描述 了用戶登錄、角色管理、技術服務報告發放管理、人力資源決策樹和煤礦安全態 勢預測六個模塊的功能設計。在數據庫設計中，從業務實體的 E-R 圖繪制和數據 庫表結構設計兩方面展開敘述，介紹了包括四川安全中心人員信息表、編外人員 表、技術服務信息表、技術培訓信息表、角色信息表、部門信息表和權限信息表 七大系統核心數據表，為系統的數據存儲和運行提供了支持。
5煤礦安全技術服務信息管理系統實現
5Coal Mine Safety Technology Service Information Management System Implementation
5.1系統開發環境(System Development Environment)
煤礦安全技術服務信息管理系統使用 IntelliJ IDEA 作為平臺的集成開發工 具，在代碼提示、重構和審查等方面具有明顯的優勢，開發語言為JAVA、HTML、 CSS 和 JavaScript 等。
表 5-1 系統開發環境配置表
Table 5-1 System development environment configuration table
序號 工具或環境 版本
1 操作系統 Windows 10 旗艦版（64 位）
2 JDK jdk1.8.0_231
3 開發工具 IntelliJ IDEA 2021.2.3 x64
4 數據庫 MySql 4.4.20
5 數據庫可視化操作工具 Navicat for MySql
5.2用戶登陸功能實現(User Login Function Implementation)
本節顯示了煤礦安全技術服務信息管理系統的登錄功能頁面，用戶使用瀏覽 器打開本系統的網站地址，即可進入登錄頁面，填寫用戶名，密碼和驗證碼等信 息，如圖 5-1 所示。
圖 5-1 系統登陸界面
Figure 5-1 System login interface
登錄成功后，系統會從數據庫讀取用戶的權限信息，從而進入對應的主界面， 以管理員界面為例，如圖 5-2所示。
圖 5-2 管理員系統主界面
Figure 5-2 Main interface of administrator system
5.3系統管理模塊實現(System Management Module Implemen
tation)
本系統最初建立了一個超級管理員角色用戶，其用戶名“admin”、密碼為 “admin”。其中人員和角色的導入有兩種方法，一是開發人員從后臺批量導入， 二是管理員通過系統管理中的人員管理進行添加。當管理員登入系統之后，可以 根據公司實際需求進行體系結構設計和人員規劃。
5.3.1用戶管理模塊
圖5-3顯示了系統管理模塊中的用戶管理子模塊，該模塊實現了用戶的管理 和維護功能。在主菜單的右側顯示了單位的組織架構，用戶點擊架構中的部門， 右側則會顯示該部門所有員工的信息。管理員可以點擊左上角的“新增”按鈕， 添加用戶并填寫用戶姓名、登錄名、密碼、郵箱、手機、年齡、性別、狀態和角 色等個人信息。如果需要修改用戶的個人信息，則需要點擊用戶詞條操作列中的 “編輯”按鈕，在彈出的信息頁面修改用戶信息。
圖 5-3 用戶管理模塊界面
Figure 5-3 Staff management module interface
5.3.2角色管理模塊
圖 5-4 顯示了系統管理模塊中的角色管理子模塊，該模塊實現了角色創建和 角色權限賦予的功能。用戶可以通過點擊左上角的“新增”按鈕，新增新的角色 名稱。在每一條角色信息后，有“編輯”、“權限”和“刪除”三個操作按鈕， 用戶可以通過點擊“編輯”按鈕修改角色的名稱、狀態和備注，也可以通過點擊 “權限”按鈕給角色賦予權限能力，也可以點擊“刪除”按鈕刪除角色信息。
圖 5-4 角色管理模塊界面 Figure 5-4 Role management module interface
5.3.3部門管理模塊
圖 5-5 顯示了系統管理模塊中的部門管理模塊，該模塊實現了部門創建和修 改的功能。
圖 5-5 部門管理模塊界面
Figure 5-5 Department management module interface
頁面左上角有“新增”、“刪除”兩個按鈕，用戶可以點擊“新增”按鈕，
填寫部門名稱、負責人、說明和狀態等信息。在每一條部門信息后面有一列包括
“編輯”和“刪除”的操作按鈕，用戶可以通過點擊“編輯”按鈕，修改部門的 名稱、負責人、說明和狀態等信息。
5.3.4崗位管理模塊
圖 5-6 顯示了系統管理模塊中的崗位管理子模塊，該模塊實現了職位的動態 調用和維護功能。管理員可以根據公司的體系架構需求，點擊“新增”按鈕創建 職位詞條，點擊職位信息的操作列中的“編輯”按鈕來修改職位信息。
圖 5-6 崗位管理模塊界面
Figure 5-6 Position management module interface
5.3.5菜單管理模塊
圖 5-7 顯示了系統管理模塊中的菜單管理子模塊，該模塊實現了菜單的管理 和維護功能。用戶可以通過點擊左上角的“新增”按鈕，添加菜單信息，點擊菜 單詞條操作列的“編輯”按鈕修改菜單信息，信息包括上級菜單、菜單類型、菜 單名稱和圖標等內容。
圖 5-7 菜單管理模塊界面 Figure 5-7 Menu management module interface
5.3.6API接口文檔
圖 5-8 顯示了系統的 API 文檔。本系統采用標準的 RESTful 規范，利用 swagger工具管理API接口，形成了包含接口名稱、接口 URL、調用方式、參數 和返回參數等內容的API文檔，方便其他系統的調用，實現了信息共享。
圖 5-8 API 文檔界面
Figure 5-8 API document interface
5.4文件管理模塊實現(File Management Module Implementation)
圖5-9顯示了文件管理模塊界面，該模塊實現了安全技術服務報告和技術培 訓文檔的管理功能。用戶點擊頁面左上角的“文件上傳”的按鈕，上傳文件，并 填寫文件的文件編號、文件名稱、文件描述、文件類型、文件大小、上傳人、下 載量、創建時間等內容，上傳成功后，刷新頁面，新建的文件記錄則會出現在列 表的最后一行。在文件記錄的最后一列是操作列，包括下載和刪除兩個功能。用 戶可以通過點擊下載查看和保存文檔，也可以點擊刪除按鈕刪除文件記錄。
圖 5-9 文件管理模塊界面 Figure 5-9 File management module interface
5.5技術服務報告發放管理模塊實現（Implementation of Techni
cal Service Report Issuing Management Module）
（1）技術服務報告流程審批管理
圖 5-10 顯示了技術服務報告發放管理的界面，該模塊實現了技術服務報告 的申請功能，用戶登錄系統進入技術服務發放管理模塊，即可進入圖示界面。用 戶點擊申請技術服務的按鈕，填寫彈出的申請表單，表單內容包括公司名稱、技 術服務報告類型、申請時間、審批人和附件材料。頁面最上方的流程步驟條會顯 示頁面進行的過程記錄，用戶可以通過查看過程記錄追蹤流程審批情況。
圖 5-10 技術服務報告發放管理界面
Figure 5-10 technical service report issuing management interface
2）技術服務報告流程信息管理
圖 5-11 技術服務報告記錄界面
Figure 5-11 Technical service report recording interface
在技術服務發放完成之后，則系統會將包括申請編號、實例ID、公司名稱、 技術服務報告名稱、申請時間、申請人姓名和申請人編號的信息錄入數據庫，并 且會將數據庫信息在界面上以表格的形式顯示，技術服務報告記錄界面如圖 5-11 所示。用戶可以通過申請人姓名、實例ID、公司名稱等信息進行篩選需要的技術 服務報告記錄。每一條記錄后面都有一個操作列，用戶可以點擊“查看”按鈕， 查看或修改技術報告發放的流程審批情況，也可以點擊“刪除”修改，刪除該條 消息記錄。
（3）并發性能測試
本系統采用的JMeter工具進行并發性能測試，結果如表5-2所示。表中顯 示了當模擬線程數為 20、 50、 100、 200 時，對應的登陸成功率、預期的性能指 標平均值以及實際的性能指標平均值。
表 5-2 并發性能測試結果 Table 5-2 Concurrent performance test results
序號 登錄用戶的
并發數 并發用戶的
登陸成功率 預期的性能指標
平均值 實際的性能指標
平均值
20 100% <1.2s 1s
登錄平臺的 50 100% <3s 2.6s
并發用戶 100 100% <4.5s 3.1s
200 100% <7.5s 7s
5.6技術培訓信息管理模塊實現( Implementation of Technical Training Information Management Module)
5.5.1 技術培訓基本信息管理模塊
圖 5-12 技術培訓基本信息管理界面
Figure 5-12 Technical service report recording interface
圖 5-12 顯示的是技術培訓基本信息管理界面，該模塊實現了對參加技術培 訓人員信息的管理和維護功能。用戶可以通過參與者的姓名、狀態、培訓的工 種 ID 等信息快速的查找到所需要的信息。在信息管理過程中，管理人員可以通 過左上角的“添加”按鈕，添加新的被培訓人員的包括姓名、年齡、單位、申 請的工種名稱和ID、創建時間等信息，系統會將該信息錄入數據庫，并反饋到 前端的顯示界面，培訓記錄則會在表單的最后一列顯示出來。前端界面表單顯 示由培訓記錄編號、申請人姓名、年齡、性別、申請的工種名稱和ID、當前的 培訓狀態、創建時間和操作九個列元素組成。其中操作列包括查看、編輯、刪 除三個小功能，編輯完成了對該條培訓信息的修改功能。
5.5.2人力資源決策模塊實現
本模塊技術培訓的決策采用了 C4.5決策樹算法。C4.5決策樹基于節點信息 熵最小的原理將信息增益率作為最優屬性進行分類選擇，在頁面以樹狀圖的形 式呈現，以便于為決策用戶提供易于理解的決策規則和信息。
以2019 年技術培訓人員參與率分析作為訓練數據集，共選取了 40 個實 例。其中決策支持選取了年齡、性別、工齡和學歷作為判斷條件和樣本實例屬 性，將參與完成度作為分類標識，有完成（0K表示）和未完成（NG表示）兩 類。通過分析和歸納數據創建決策樹，得到決策數據信息，即當企業要擴大或 縮小培訓規模時，可以通過分析決策信息，制定企業發展規劃。
表 5-3 決策樹根節點和各分支葉節點關系表
Table 5-3 Relationship table of decision tree root node and each branch leaf node
路徑 決策樹-
節點 決策樹-
分支 決策樹-
節點 決策樹-
分支 決策樹-
節點 決策樹-
分支 決策樹-
節點
1 WorkAge 4-30 Age 20-50 Education 中專 NG
2 WorkAge 4-30 Age 20-50 Education 大專 0K
3 WorkAge 4-30 Age 20-50 Education 大學 0K
4 WorkAge 4-30 Age 20-50 Education 碩士 0K
5 WorkAge 4-30 Age 20-50 Education 博士 0K
6 WorkAge 4-30 Age <20 NG
7 WorkAge 4-30 Age >50 Sex 男 0K
8 WorkAge 4-30 Age >50 Sex 女 NG
9 WorkAge <5 0K
10 WorkAge >30 0K
分析樣本被上傳到系統后，會調用決策樹的實現類方法計算樣本屬性，獲 得每條樣本的信息熵增益率和信息熵，通過對決策樹根節點的計算，得出根節 點為工齡WorkAge，然后遞歸調用同樣的方法，計算出各分支的子節點，直到 每個分支葉節點為參與完成度的分類之一，就完成或未完成。最后按照決策樹 的節點和路徑，生成決策樹。其根節點和各分支葉節點關系表如表5-3所示。
決策用戶登錄系統進入企業人力資源決策樹模塊后，在人力資源決策樹模 塊選擇需要的樣本數據集，本部分以技術培訓人員參與率作為樣本數據集，如
圖 5-13 所示。數據集上傳之后，系統會根據樣本的屬性進行計算，并會在頁面 上顯示包括分析樣本文件名、分析樣本決策屬性集、分析樣本數據記錄數和決 策樹路徑等決策樹分析結果。頁面在右側則會根據決策樹的根節點和各分支葉 節點關系表，顯示出對應的決策樹。
圖 5-13 培訓學員參與率決策樹
Figure 5-13 Decision tree for trainee participation rate
5.7煤礦安全態勢預測模塊實現(Implementation of Coal Mine
Safety Management Efficiency Prediction Module)
Figure 5-14 Proportion chart of the cause of some coal accidents in southwest China 本系統利用柱狀圖的形式統計了西南部分煤礦事故起數，按照煤礦安全投 入、人員素質和生產環境為分類基礎，分別統計了 2014-2019年的事故數據， 進行動態顯示，并將每年的數據用餅狀圖進行了匯總，給企業的決策人員提供 了決策支持。西南地區部分煤礦事故原因比例圖如圖 5-14 所示。
對 2013-2019 年西南地區 A 煤礦的事故數據進行分析，由于煤礦缺乏安全 投入導致的事故占比率對比圖如圖 5-15 示。圖中將預測值和經過 BP 神經網絡
預測模型的輸出值進行對比，并對2020 年的事故數量進行預測，將其以折線圖 的形式展現出來，以便研究煤礦的安全投入對煤礦事故發生的影響規律和比較 BP 神經網絡預測模型的準確度。有煤礦缺乏安全投入事故占比率對比圖如圖 5 15 示。
圖 5-15 煤礦安全投入導致的事故占比率對比圖
Figure 5-15 Comparison chart of the proportion of accidents caused by coal mine safety investment
5.8 小結（Summary）
本章首先介紹了系統的開發環境、工具和語言，然后分別介紹用戶登錄、 系統管理、文件管理、技術服務報告發放管理、技術培訓信息管理和煤礦安全 態勢預測的功能實現。用戶登錄模塊展示了系統的登陸界面和系統的主界面； 系統管理模塊由員工管理、角色管理、部門管理、崗位管理，菜單管理和 API 接口文檔六部分組成，展示系統對員工信息、角色信息、部門信息、崗位信息 和菜單信息的增加、刪除、修改和查詢功能界面，包括對角色人員權限設置的 操作界面；文件管理模塊展示文件上傳、下載、編輯和刪除的界面；技術服務 報告發放管理分為技術服務報告發放管理和技術服務報告記錄兩部分，一部分 是展示申請技術服務報告的界面，另一部分展示技術服務報告的列表界面；技 術培訓信息管理由技術培訓基本信息管理和企業人力資源決策樹兩方面組成。 技術培訓基本信息管理界面是列出已參加培訓人員的基本信息，企業人力資源 決策樹分析上傳的樣本數據生成決策樹，為企業決策人員提供準確有效的決策 支持。最后，煤礦安全態勢預測模塊對西南地區部分煤礦的事故數據進行了統 計分析，可視化地展示預測值和經過BP神經網絡預測模型的輸出值的對比， 驗證了模型的準確度。
6結論與展望
6Conclusions and Prospects
6.1結論（Conclusion）
本文以煤礦安全技術服務信息管理系統的設計與實現為目標，在深度分析煤 礦安全技術服務信息管理系統功能需求的基礎上，針對該系統技術服務報告發放 流程、技術培訓人員結構決策和煤礦安全態勢預測等核心功能進行重點設計。以 現存報告發放流程為基礎，采用并行交叉的多隊列混合式模型和ECRS方法，設 計并完成技術服務報告流程的重構方案。針對技術培訓數據冗雜問題，構建基于 C4.5 的煤礦人力資源決策模型，完成技術培訓信息管理模塊的設計開發并實現 該模塊的決策樹分析功能。構建基于BP神經網絡的煤礦安全態勢預測模型，設 計煤礦安全態勢預測模塊，實現煤礦事故原因占比率預測的功能。具體研究內容 和成果如下：
（1） 開發系統管理模塊。實現用戶信息管理、組織架構管理、文件管理、 部門管理以及技術服務報告記錄查詢管理的功能。
（2） 開發技術服務報告發放管理模塊。基于并行交叉的多隊列混合式模型 和 ECRS 方法重構技術服務報告發放流程，用戶可直接登錄系統發起技術服務報 告申請，在申請得到批復后，可直接獲取技術服務報告的電子文檔。在申請完成 前用戶可以實時追蹤流程信息，并于申請結束后在技術服務報告信息庫查找到對 應的流程記錄。
（3） 開發技術培訓信息管理模塊。以C4.5決策樹算法為基礎，對參與培訓 人員的基本信息以及培訓中產生的過程信息進行分析，挖掘數據背后的統計規律 和關聯并生成決策信息，為技術培訓的人員結構調整提供有效而準確的決策支持。
（4） 開發煤礦安全態勢預測模塊。以技術服務過程中產生的數據為基礎， 采用 BP 神經網絡，將煤礦安全投入、人員素質和生產環境等參數作為輸入節點 信息進行訓練，根據輸出事故原因占比率不斷調整模型參數，以獲得準確率較高 的預測模型。利用模型的輸出信息分析各類因素對煤礦事故的影響程度，并將分 析結果以柱狀圖或折線圖的形式進行可視化展示，輔助工作人員完成對煤礦安全 態勢的判斷與預測。
6.2展望（ Prospects）
系統的全面信息化、集成化和便捷化將成為四川安全技術中心今后科技創新 的核心內容。針對這些內容，我們還需要進行以下的研究工作：
（1） 開發移動端APP或小程序，讓操作更加便捷化。隨著手機和微信的普 及，系統僅面向PC端，具有極大的局限性，故而，針對移動端的開發將是下一 步的研究工作。
（2） 集成企業內部的項目發布系統。通過對現有企業項目發布流程分析的 不足，在煤礦安全技術服務信息管理系統中重構項目發布管理系統，全面實現企 業的信息化管理。
（3） 擴建數據資源中心，加大決策支持力度。本課題研究的數據資源中心 主要由技術培訓和技術服務的過程數據組成，決策分析范圍不廣，未能覆蓋整個 企業的數據資源，故而擴建數據資源中心，加大對數據資源的統計分析力度，是 進一步研究的重要方向。
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